2.1.2 Электронно-дырочный переход при прямом напряжении

При подаче на р-n-переход внешнего напряжения процессы зависят от его полярности.

Внешнее напряжение, подключенное плюсом к р-области, а минусом к n-области, называют пря-мым напряжением U_пр. Напряжение U_пр почти полностью падает на р-n-переходе, так как его сопротив-ление во много раз превышает сопротивление р- и n-областей.

Полярность внешнего напряжения U_пр противоположна полярности контактной разности потенциа-лов U_к, поэтому электрическое поле, созданное на р-n-переходе внешним напряжением направлено на-встречу внутреннему электрическому полю. В результате этого потенциальный барьер понижается и становится численно равным разности между напряжениями, действующими на р-n-переходе: φ = U_к –

U_пр.

Однако пока U_пр меньше U_к, еще существует потенциальный барьер; обедненный носителями заря-да слой р-n-перехода имеет большое сопротивление, ток в цепи имеет малую величину.

При увеличении внешнего прямого напряжения до U_пр = U_к потенциальный барьер исчезает, ширина обедненного слоя стремится к нулю. Дальнейшее увеличение внешнего напряжения при отсутствии слоя р-n-перехода, обедненного носителями заряда, приводит к свободной диффузии основных носителей за-ряда из своей области в область с противоположным типом электропроводности. В результате этого через р-n-пе-реход по цепи потечет сравнительно большой ток, называемый прямым током I_пр, который с уве-личением прямого напряжения растет.

Введение носителей заряда через электронно-дырочный переход из области, где они являются ос-новными, в область, где они являются неосновными, за счет снижения потенциального барьера называ-ют инжекцией. Движение основных носителей заряда через р-n-переход создает электрический ток во внешней цепи. Дрейф неосновных носителей заряда теплового происхождения в сторону от р-n-перехода внутрь области создает тепловой ток I_т. Тепловой ток на несколько порядков меньше диффу-зионного тока основных носителей заряда, т.е. прямого тока I_пр, и имеет противоположное ему направ-ление.

Прямой ток создается встречным движением дырок и электронов через p-n-переход, направление его соответствует направлению движения положительных носителей заряда – дырок. Во внешней цепи

прямой ток протекает от плюса источника прямого напряжения через полупроводниковый кристалл к минусу источника.

2.1.3 Электронно-дырочный переход при обратном напряжении

Обратным напряжением U_обр называют внешнее напряжение, полярность которого совпадает с по-лярностью контактной разности потенциалов; оно приложено плюсом к n-области, а минусом – к р-области. При этом потенциальный барьер возрастает: он численно равен сумме внутреннего и внешнего

напряжений: φ = U_к + U_обр.

Повышение потенциального барьера препятствует диффузии основных носителей заряда через p-n-переход, и она уменьшается, а при некотором значении U_обр совсем прекращается. Одновременно под действием электрического поля, созданного внешним напряжением, основные носители заряда будут отходить от p-n- перехода. Соответственно расширяются слой, обедненный носителями заряда, и p-n-переход, причем его сопротивление возрастает.

Внутреннее электрическое поле в p-n-переходе, соответствующее возросшему потенциальному барьеру, способствует движению через переход неосновных носителей заряда. При приближении их к p-n-переходу электрическое поле захватывает их и переносит через p-n-переход в область с противопо-ложным типом электропроводности: электроны из р-области в n-область, а дырки – из n-области в р-область. Поскольку количество неосновных носителей заряда очень мало и не зависит от величины приложенного напряжения, то создаваемый их движением ток через p-n-переход очень мал. Ток, проте-кающий через p-n-переход при обратном напряжении, называют обратным током I_обр. Обратный ток по характеру является дрейфовым тепловым током I_обр = I_т, который не зависит от обратного напряже-ния.

Процесс захватывания электрическим полем p-n-перехода неосновных носителей заряда и переноса их при обратном напряжении через p-n-переход в область с противоположным типом электропроводно-сти называют экстракцией.