1.4. Електронно-дірковий перехід при оберненому зміщенні

Якщо до p-n переходу прикласти напругу U плюсом до n-області, а мінусом – до p-області, то перехід виявиться зміщеним в оберненому напрямку. При цьому додаткове зовнішнє електричне поле підсилює внутрішнє поле p-n переходу, потенціальний бар’єр підвищується до значення: , а рух основних носіїв заряду через перехід зменшується і при деякому значенні оберненої напруги зовсім припиняється. Відповідно зростають ширина p-n переходу та його опір. Електрони і дірки почнуть рухатися від p-n переходу, а дефіцит вільних носіїв заряду в переході збільшиться.

При цьому струм обумовлений рухом неосновних носіїв заряду, котрі, попавши в поле електронно-діркового переходу, будуть ним захоплюватися і переноситися через перехід. Процес розсмоктування неосновних носіїв заряду при оберненому включенні напруги називається екстракцією.

Відхід неосновних носіїв заряду призведе до того, що їх концентрація біля границь p-n переходу знизиться до нуля (рис. 2).

Рис. 2. Зміна концентрацій неосновних носіїв заряду

Неосновні носії заряду внаслідок дифузії почнуть рухатися з глибини своїх областей до границі p-n переходу, компенсуючи відплив зарядів і створюючи електричний струм теплового походження, який називається оберненим струмом насичення або просто оберненим струмом. Крім оберненого струму, при малих значеннях оберненої напруги через перехід рухаються ще й основні носії заряду, викликаючи протилежно напрямлений дифузійний струм . Тому результуючий струм p-n переходу, зміщеного в оберненому напрямку, рівний

.

При , рівному декільком , струмом основних носіїв заряду можна знехтувати.

Ідеалізований p-n перехід має вентильні властивості. При прикладенні напруги, яка зміщує його у прямому напрямку, через перехід протікає струм, значення якого при підвищенні напруги збільшується по експоненціальному закону. При зміщенні p-n переходу в оберненому напрямку через перехід протікає малий тепловий струм, значення якого не залежить від прикладеної напруги і збільшується по експоненціальному закону при підвищенні температури.

1.5. Вольт-амперна характеристика ідеалізованого p-n переходу

Ідеалізований p-n перехід представляє собою спрощену модель реального p-n переходу, в якій прийняті наступні допущення:

1. У межах p-n переходу відсутні генерація, рекомбінація та розсіювання носіїв; носії проходять через перехід миттєво, тобто струми носіїв одного знаку на обох границях однакові.

2. Поза межами p-n переходу немає електричного поля, тому рух носіїв відбувається тут лише внаслідок дифузії; опори електронейтральних областей порівняно з опором p-n переходу вважаються дуже малими; рівень інжекції низький.

3. Границі p-n переходу являються плоскими; носії рухаються лише в напрямку, перпендикулярному до цих границь; крайові ефекти не враховуються.

Вольт-амперна характеристика ідеалізованого p-n переходу апроксимується рівнянням:

.

Для малих прямих напруг вона має вигляд кривої1 (рис. 3). При збільшенні прямої напруги струм різко зростає: зміні струму на порядок відповідає зміна напруги на 2,3φ_Т (60 мВ при Т=300 К). При оберненій напрузі, яка перевищує по модулю (2÷3)φ_Т, обернений струм p-n переходу не залежить від напруги і рівний І_Т. Робочі прямі струми p-n переходу в напівпровідникових приладах на декілька порядків перевищують І_Т. Для прямих струмів порядку (10³÷10⁴)І_Т вольт-амперна характеристика зображається кривою 2 (рис. 3), на якій початкова ділянка прямої вітки і обернена ділянка зображені на графіку.

Рис. 3. Вольт-амперні характеристики p-n переходу