6. Прямое включение p-n перехода.
Допустим, что к p и n областям полупроводника приложено внешнее напряжение с полярностью, указанной на рис. При этом Евнеш направленно против внутреннего поля Евн и поэтому результирующее электрическое поле в переходе уменьшается. Соответственно уменьшается высота потенциального барьера, что приводит к нарушению равновесия между диффузионным и дрейфовым токами. Диффузионный ток начинает преобладать над дрейфовым. Таким образом, по мере увеличения внешнего напряжения диффузионный ток через переход может достигнуть больших величин, так как градиент концентрации носителей очень велик, и ток образуется основными носителями заряда. При этом ток через переход называется прямым, а напряжение приложенное к переходу прямым напряжением.
Следует отметить, что диффузионное движение основных носителей называется инжекцией носителей, т.е. в данном случае – это эффект диффузионного проникновения дырок в глубь n – области полупроводника, где они являются неосновными. Одновременно с инжекцией дырок в n – область происходит инжекция в p – область.
Толщина перехода:
Диффузионное движение основных носителей – инжекция носителей.
7. Обратное включение p-n перехода.
Теперь рассмотрим случай, когда внешнее поле совпадает по направлению с внутренним полем, т.е с контактной разностью потенциалов. При этом высота потенциального барьера увеличивается, что затрудняет диффузионное движение носителей и способствует дрейфовому. Так как дрейфовый ток – это ток неосновных носителей, то он очень мал. Направление этого тока противоположно направлению прямого тока, поэтому его называют обратным током. А напряжение вызывающее этот ток, называется обратным.
Следует отметить, что поле, существующее на переходе, является ускоряющим лишь для неосновных носителей .В результат этого поля возникает дрейфовое движение неосновных носителей, которое называется экстракцией. Величина тока экстракции определяется числом неосновных носителей. Поскольку число неосновных носителей велико, то ток экстракции (обратный ток) намного меньше, чем прямой ток, и практически не зависит от приложенного напряжения.
Толщина перехода:
Дрейфовое движение неосновных носителей – экстракция.
8. Вольт-амперная характеристика p-n перехода. Идеальная и реальная вах p-n перехода.
ВАХ называется зависимость тока (I), протекающего через p-n переход от приложенного к нему напряжения (U).
В некоторых случаях уравнение ВАХ удобно представлять в виде уравнения относительно тока.
Полученная зависимость ВАХ показана на рисунке 1.15а. Как видно на рисунке, при неизменном масштабе тока и напряжения, зависимость проходит близко к оси тока при прямом включении (1-квандрант) и к оси напряжения при обратном включении. Это говорит о том, что при прямом включении переход обладает хорошей проводимостью, а при обратном – высоким сопротивлением. Если приложенное прямое напряжение заметно превышает величину температурного потенциала, то прямая ветвь ВАХ аппроксимируется чистой экспонентой.
Если обратное напряжение достаточно большое, (U/fi)<<1/ При этом I = I0. Следовательно обратная ветвь аппроксимируется прямолинейной зависимостью с постоянным уровнем тока.
Теоретическая ВАХ называется идеальной. Реальная характеристика несколько отличается идеальной в силу ряда причин не уточненных в теоретической ВАХ.
Например, причина отклонения может служить конечное значение сопротивления слоя высокоомной части перехода. Причинами отклонения прямой ветви ВАХ от идеальной могут служить также изменение температуры, высокий уровень инжекции и ряд других причин.
Обратная ветвь реальной ВАХ также имеет ряд отклонений от теоретической.
Наличие токов утечек.
Влияние термогенерации. С увеличением температуры в обедненной свободными носителями области p-n перехода образуются дополнительные электронно-дырочные пары. Они увеличивают обратный ток.
Лавинный пробой.