Пряме включення р-n-переходу.

Якщо “+” джерела напруги підключити до області р-типу, а “ – “ до області n-типу, то отримаємо пряме включення .

Електричне поле джерела, напруженістю Е_n, направлене на зустріч контактному полю напруженістю Е. Тоді результуюча напруженісті дорівнює:

Е_пр=E-E_n

Зменшення напруженості електричного поля р-n-переходу викликає зниження висоти потенційного бар'єру на значення прямої напруги Е_n (Е джерела).

Зменшення висоти потенційного бар'єру, приводить до того, що збільшується число основних носіїв заряду через р-n-перехід, тобто збільшується дифузійний струм. Навіть невелика напруга, прикладена до р-n-переходу створює великий струм, оскільки потенційний бар'єр невеликий (0.35В для германію; 0.6В для кремнію).

В результаті дії зовнішнього поля, в прямому напрямі в області р-n-переходу відбувається перерозподіл концентрації носіїв зарядів. Дірки р-області і електрони n-області дифундують в глибину р-n-переходу і рекомбінують там. Ширина переходу при цьому зменшується, внаслідок чого знижується опір запірного шару.

Зворотне включення р-n-переходу.

Електричне поле джерела напруженістю E_n, напрямлене в ту ж сторону, що й контактне поле p-n-переходу, напруженістю E. Тому напруженість результуючого поля в переході дорівнює:

E_зв=E+E_n

Збільшення напруги електричного поля в p-n-переході підвищує потенційний бар'єр значення зворотної напруги джерела. Це у свою чергу приводить до зменшення числа основних носіїв заряду, здатних подолати потенційний бар'єр, тобто до зниження дифузійного струму.

Вольт-амперна характеристика р-n переходу.

Залежність струму черезp-n-перехід від прикладеної до нього напруги I=f(U) називається вольт-амперною характеристикою p-n-переходу.

Сімейство вольт-амперних

характеристик:

Зворотний струм, в основному, на декілька порядків менший від прямого, тому p-n-перехід володіє властивістю односторонньої провідності. При підвищенні температури, прямий струм через p-n-перехід незначно збільшується, оскільки він залежить від концентрації основних носіїв заряду, яка незначно змінюється . На зворотній струм підвищення температури впливає істотно, оскільки він залежить від концентрації неосновних носіїв заряду, яке при підвищенні температури експотенціально зростає.

Пробій р-n переходу.

Різке зростання зворотного струму, що виникає навіть при незначному збільшенні зворотної напруги понад певне значення називається пробоєм р-n-переходу.

Інжекція - (вприскування) при прямому зсуві потенційний бар'єр знижується і через нього основні носії заряду переміщаються в суміжну область, де вони є неосновними.

Екстракція -(витягання) під дією поля р-n-переходу неосновні для даної області носії заряду переміщаються через р-n-перехід в сусідню область. Процес виведення неосновних носіїв заряду через перехід під впливом поля цього переходу при підключенні р-n-переходу до джерела зовнішньої напруги.

Емітер - область, з якої інжектуються носії заряду (низькоомна область).

База - область, в яку інжектуются носії заряду, і де вони є неосновними (високоомна область).

У напівпровідниках через різну концентрацію домішок різна концентрація носіїв заряду. Звідси розрізняють низькоомну і високоомну області. Як правило, переважає інжекція з низькоомної області званої - емітером, а високоомної - базою.

Пробій може бути:

-електричним - при якому р-n-перехід не руйнується і зберігає працездатність.

-тепловим - при якому руйнується кристалічна структура напівпровідника.

Електричний пробій пов'язаний із значним збільшенням напруженості електричного поля в р-n-переході.

Існує 2 типи електричного пробою:

1)Туннельний пробій - спостерігається в напівпровідниках з вузьким р-n-переходом (забезпечується високою концентрацією домішок), він пов'язаний з тунельним ефектом, це коли під впливом дуже сильного поля носії заряду можуть переходити з однієї області в іншу без затрат енергії (тунелірувати через р-n-перехід). Тунельний пробій спостерігається при зворотній напрузі в декілька вольт (до 10 В).

2)Лавинний пробій - спостерігається в напівпровідниках з широким р-n-переходом. У сильному електричному полі може виникнути ударна іонізація атомів р-n-переходу. Носії заряду на довжині вільного пробігу набувають кінетичної енергії (в тому разі якщо потенційна енергія переходить в кінетичну), достатньої для того, щоб при зіткненні з атомами кристалічної решітки напівпровідника, вибити з ковалентного зв'язку електрони. Пара, що утворилася при цьому, електрон-дірка теж бере участь в ударній іонізації. Процес наростає лавиноподібно і приводить до значного збільшення зворотного струму. Напруга лавинного пробою десятки і сотні вольт.

Тепловий пробій виникає тоді, коли потужність, що виділяється в р-n-переході, при проходженні через нього зворотного струму, перевищує ту, яку він може розсіяти. Відбувається значний перегрів переходу, зворотний струм, що є тепловим, різко зростає, що приводить до ще більшого перегріву переходу, відбувається лавиноподібне збільшення струму, в результаті виникає тепловий пробій р-n-переходу.