2.5.3 Обратное смещение p-n-перехода

Рассмотрим случай, когда источник U_bвнешнего напряжения подключен кp-n-переходу в обратном направлении (рис. 2.4, а). В этом случае потенциальный барьер возрастает на величинуU_bи становится равнымφ₀ + U_b (рис. 2.4, б). Возросший потенциальный барьер затрудняет прохождение черезp-n-переход основных носителей заряда, вследствие чего диффузионный ток, обусловленный движением этих носителей, уменьшается. Дрейфовый же ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда по обе стороны перехода (J_др = J_{др p} + J_{др n} ), можно считать неизменным (рис. 2.4, в). Однако теперь он будет превышать диффузионный ток. Черезp-n-переход будет протекать ток в обратном направлении

J_b = J_др – J_диф.

Обратная ветвь вольт-амперной характеристики показана на рис. 2.4, г. При небольших обратных напряжениях наблюдается увеличение обратного тока за счет уменьшения диффузионной составляющей. При большем обратном напряжении основные носители заряда не способны преодолеть потенциальный барьер, в связи с чем диффузионный ток равен нулю. Этим объясняется отсутствие роста обратного тока при увеличении обратного напряжения.

Обратный ток, создаваемый неосновными носителями заряда, зависит от их концентраций в p-иn-слоях, а так же от рабочей поверхностиp-n-перехода. Этим объясняется тот факт, что в мощных приборах, имеющих большую площадьp-n-перехода, обратный ток больше, чем в маломощных. Поскольку концентрация неосновных носителей заряда является функцией температуры кристалла, обратный ток также зависит от температуры. По этой причине обратный ток иногда называют тепловым. Увеличение обратного тока с ростом температуры подчиняется примерно экспоненциальному закону.

Как известно, концентрация неосновных носителей заряда уменьшается с ростом ширины запрещенной зоны. Ширина запрещенной зоны у кремния (1,12 эВ) больше, чем у германия (0,72 эВ). Поэтому обратный ток в кремниевых приборах на несколько порядков меньше, чем в германиевых и кремниевые приборы допускают эксплуатацию при более высокой температуре кристалла (135-140°С против 50-60°С у германиевых приборов). Кроме того, по этой же причине кремниевые приборы выпускаются на более высокие обратные напряжения, чем германиевые.

С учетом вышеизложенного можно определить основное свойство p-n-перехода: он способен пропускать электрический ток только в одном направлении.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение полупроводниковых материалов, опишите их свойства и внутреннюю структуру.

2. Объясните различия между проводниками, диэлектриками и полупроводниками, укажите причины различий.

3. Дайте понятие собственной электропроводности полупроводников, перечислите носители зарядов в таких полупроводниках.

4. Как изменяется структура и свойства полупроводников при введении в них примесей различных типов?

5. Полупроводниковые резисторы, назначение и применение.

6. Опишите процессы, происходящие при образовании электронно-дырочного перехода.

7. Опишите процессы, происходящие при прямом смещении электронно-дырочного перехода.

8. Опишите процессы, происходящие при обратном смещении электронно-дырочного перехода.

Литература: [5, 7, 8].