Властивості p-n переходів

1.Без прикладення зовнішньої напруги

На межіp-n переходу за рахунок різної концентрації дірки з НП p-типу починають проникати в НП n-типу і навпаки електрони з НП n-типу починають проникати НП p-типу. В результаті по обидва боки цієї межі утворюються шари бідні на основні носії при цьому частина з них рекомбінувала. В результаті утворився об’ємний просторовий заряд, який зумовлений станами домішок, який перешкоджає подальшому проникненню дірок з НП p-типу в НП n-типу і електронів з НП n-типу в НП p-типу. Якщо там будуть не основні носії то це поле буде для них прискорююче. Провідність цього шару буде дуже мала, такий шар називається подвійним шаром, потенційним бар’єром, запірним шаром.

Значення потенціалу цього шару різне для різних типів НП. Для G≈0.3-0.4 В, для Si φ≈0.5-0.7 В

Електронно-дірковий перехід при прикладені напруги зворотної полярності

При прикладені зовнішньої напруги зворотної полярності до p-n-переходу дірки з НП p-типу починають рухатись в НП n-типу і електрони з НП т-типу будуть рухатись в НП p-типу. Ширина запірного шару зростає, а його провідність ще більше зменшується. Поле, яке виникло повністю гальмує рух основних носіїв. І тільки як там з'явиться неосновні носії, яких є дуже мало, то це поле буде для них прискорюючим.

Висновок: Опір p-n переходу при прикладені зворотної напруги зростає, протікання струму . Може бути тільки невеличкий струм.

P-n перехід при прикладені напруги прямої полярності

При прикладені прямої напруги електрони і дірки починають рухатися на зустріч. Ширина потенціального бар’єру зменшується і при певній напрузі він щезає зовсім. Опір p-n переходу різко зменшується і стає рівним десятим ома (> 1 Ом)

Висновок: p-n перехід має односторонню провідність, тобто опір його при прямому ввімкненні дуже малий (< 1 Ом), а опір при прикладені зворотної напруги дуже великий (мільйони Ом). Тобто він пропускає струм тільки в один бік.

Всі ці процеси можна відобразити графічно на вольт-амперній характеристиці (ВАХ).

ВАХ – це залежність струму через прилад від прикладеної напруги.

Індекс F відноситься до напруг, струмів та інших параметрів при прямій полярності

Індекс R відноситься до напруг, струмів та інших параметрів при зворотній полярності.

Індекс B відноситься до критичних параметрів.

І – пряма вітка ВАХ

ІІ – зворотня вітка ВАХ

Пряма вітка близька до квадратичної залежності.

Спадок напруги при проходженні струму малий і складає 0.5-0.78 В для кремнієвих p-n переходів і 0.3-0.4 В для германієвих p-n переходів, тобто опір дуже малий (0.5 Ом).

На зворотній вітці ВАХ показано, що опір дуже великий, струм, який протікає порядку десятків мкА при напругах сотні В. Цей струм більший для Ge p-n переходів, його ще називають зворотнім струмом (початковий зворотній струм) і він зумовлений неосновними носіями.

Ділянка А називається зоною лавинного пробою.

При прикладені певної досить великої зворотної напруги починається лавино пробійне розмноження носіїв заряду (один носій рухаючись вибиває кілька носів), зворотній струм різко зростає, це явище називається лавиним пробоєм. Це явище не бажане для більшості p-n переходів, тому що різко зростає розсіювана потужність, p-n перехід руйнується. В цю ділянку не заходять носії і максимальну зворотню напругу вибирають в 2-3 рази меншу від U_BR.

В спеціальних типах p-n переходів це явище застосовують для стабілізації напруги.