5.1.2.Прямое включение

Рассмотрим, как изменится распределение зарядов в переходе, если к нему приложить внешнее электрическое поле. Пусть к p-области присоединён положительный полюс источника питания, а к n-области – отрицательный. Такое включение p-n-перехода называется прямым,прямое напряжение принято считать положительным.

Внешнее поле при прямом включении оказывается направленным противоположно диффузионному полю (рис.5.2б). Высота потенциального барьера уменьшается на величину (- напряжение), она станет равной. При этом часть основных носителей в областях p- и n-, имеющих наибольшую энергию, получают возможность проникать через запирающий барьер в области, где являются неосновными и рекомбинируют. Это приводит к появлению сравнительно большого тока через p-n-переход. Преодолевшие потенциальный барьер носители заряда оказываются в соседней области неосновными; другими словами, через p-n-переход происходитинжекция носителей заряда в область, примыкающую к p-n-переходу.Ту область полупроводника, в которую происходит инжекция носителей, называют базой полупроводникового прибора.

Итак, при прямом включении p-n-перехода происходит инжекция носителей, p-n-переход открыт, через него течёт прямой ток.

5.1.3.Обратное включение

Если подключить внешний источник так, что p-область окажется соединённой с «минусом», а n-область - с «плюсом», то внешнее поле будет направлено так же, как и диффузионное (рис.5.1в). Высота потенциального барьера увеличивается, она станет равной . Через барьер смогут пройти только неосновные носители. Так как количество неосновных носителей значительно меньше, чем основных, ток через переход в этом случае будет мал по сравнению с тем, который получился при прямом включении. Это включение называется обратным, обратное напряжение принято считать отрицательным.

Когда к p-n-переходу приложено обратное напряжение, неосновные носители заряда втягиваются электрическим полем в p-n-переход и проходят через него в соседнюю область – происходит так называемая экстракция неосновных носителей.

Таким образом, при обратном включении p-n-перехода происходит экстракция неосновных носителей, p-n-переход «закрыт», через него течёт только малый ток неосновных носителей.

5.2.КласСификация полупроводниковых диодов

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с двумя выводами, принцип действия которого основан на использовании свойств электронно-дырочного перехода или поверхностного потенциального барьера полупроводника.

В полупроводниковых диодах используются различные свойства p-n-перехода в зависимости от назначения диодов. Основные виды полупроводниковых диодов и материалы для их изготовления приведены в таблице 5.1.

5.3. Вольт-амперная характеристика электроннно-дырочного перехода. Выпрямительные, детекторные и преобразовательные диоды

5.3.1.Уравнение вольт-амперной характеристики

Как уже отмечалось, принято считать прямое напряжение и прямой ток положительными величинами, а обратное напряжение и обратный ток – отрицательными. Тогда прямая ветвь вольт-амперной характеристики p-n-перехода будет изображаться в первом квадранте, а обратная – в третьем.

Таблица 5.1

Классификация полупроводниковых диодов

Свойство p-n-пеpехода	Тип диода	Материал
Односторонняя (униполярная) проводимость	Выпрямительные диоды	Si, Ge, GaAs, Se, (Cu2 O)
Нелинейность BAX	Детекторные, преобразовательные диоды	Si, Ge, GaAs
Лавинный пробой	Стабилитроны	Si
Особенность прямой ветви BAX	Стабисторы	Si, Se
Зависимость барьерной емкости от обратного напряжения	Ваpикапы	Si, Se
Переходные процессы при переключении	Импульсные диоды.	Ge, Si
Вентильный фотоэффект (в p-n-пеpеходе)	Фотодиоды; фотоэлементы	Si, Se, GaAs, Ge Si, Se, GaAs
Излучательная рекомбинация при прямом включении: некогерентное излучение когерентное излучение	Светодиоды Инжекционные лазеры	GaP, SiC, GaN, Ga1-xAlxP GaAs, GaAs1-xPx
Туннельный эффект	Туннельные диоды; обращенные диоды	GaAs, Gе Gе, GaSb

При прямом включении p-n-перехода ток очень быстро возрастает с увеличением приложенного напряжения – экспоненциальная зависимость (рис.5.3, участок 1).

При подаче обратного напряжения ток сначала увеличивается с увеличением напряжения. Но уже при небольшом напряжении все неосновные носители, образующиеся на расстоянии меньшем их диффузионной длины), будут втягиваться в переход, и дальнейшее увеличение обратного напряжения не вызовет роста обратного тока, наступает насыщение (участок 2). При очень больших обратных напряжениях наступает пробой (участок 3).

На рис.5.3 масштабы по осям ив прямом направлении и обратном сильно отличаются.

Если протекание тока через p-n-переход обусловлено только процессами инжекции и экстракции носителей, вольт-амперная характеристика может быть описана уравнением

, (4.3.1)

где - элементарный заряд (заряд электрона),I_S- ток насыщения,- постоянная Больцмана,T- температура,U- напряжение, приложенное к p-n-переходу (считаем>0 при прямом включении и< 0 – при обратном).

При прямом включении p-n-перехода обычно (0,025 эВ), и единицей в формуле (4.2) можно пренебречь, тогда

²⁾(4.3.2)

При обратном включении , и можно пренебречь экспонентой, тогда

(4.3.3)

Кроме составляющей тока, описываемой формулами (4.3.1 – 4.3.3) могут присутствовать и другие составляющие тока. Участок 3 вольт-амперной характеристики (пробой) также не может быть рассчитан по этим формулам.