2.3 Прямо смещенный p – n –переход.
Рисунок 5.12 – Прямое включение p – n – перехода
Прямое включение если плюс внешнего источника подключен к p – области, а минус источника к n – области. Так как сопротивление p – n – перехода намного больше сопротивления областей, то все напряжения Uпр оказываются приложенным к обедненному слою.
Силовые линии внешнего поля направлены на встречу силовым линиям внутреннего поля поэтому результирующие напряжение определяется как U=Uk p – n –Uпр, т.е. тормозящее действие для основных носителей уменьшается и основные носители начинают инжектировать через переход, приближаясь к p – n - переходу основные носители частично компенсируют объемные пространственные заряды, уменьшая тем самым ширину запирающего слоя и его сопротивления. В цепи возникает ток, при этом диффузионная составляющая через переход увеличивается, а дрейфовая уменьшается.
При Uk = Uпр толщина p – n – перехода стремится к нулю и при дальнейшем увеличении Uпр запирающий слой исчезает, поэтому основные носители свободно диффундируют в смежные области полупроводников, что нарушает термодинамическое равновесие, а поэтому Iдиф Iпр , так как Iдр 0.
Процесс переноса носителей через прямосмещенный p – n – переход в область полупроводника, где они становятся неосновными носителями, называется инжекцией.
Неравновесные неосновные носители диффузируют в глубь ПП и нарушают его нейтральность. Восстановление электронейтральности происходит за счет поступления носителей от внешнего источника в замен ушедших к p – n – переходу и исчезнувших в результате рекомбинации, по этому во внешней цепи возникает ток электронов.
Обратное включение p – n – перехода.
Рисунок 5.13 – Включение p – n – перехода в обратном направлении
При обратном включении минус источника подключаются к p – области, а плюс – к n – области. Силовые линии полей совпадают по направлению, а по этому высота потенциального барьера увеличивается.
U=Unр+Uобр.
Основные носители будут дрейфовать в глубь областей от p – n – перехода. Ширина запирающего слоя увеличится, увеличится его сопротивление, что приводит к уменьшению диффузионной составляющей через переход Iдиф → 0.
Для неосновных носителей ускоряющее действие поля увеличится, они захватываются этим полем и переносятся через переход. Этот процесс переноса неосновных носителей через обратно смещенный переход в область ПП, где они становятся основными носителями, называется экстракцией.
Iобр=Iдиф-Iт Iдр
Дрейфовый ток, создается неосновными носителями, а их концентрация зависит от температуры, по этому этот ток называется тепловым током. Так как если T0=CONST, то количество неосновных носителей постоянно и мало, по этому от Vобр тепловой ток почти не зависит, и его еще называют током насыщения.
Вывод:
при прямом включении p – n – перехода протекает ток, значение которого будет увеличиваться по экспоненциальному закону с повышением Uпр. Значение тока определяется сопротивлением областей (а оно мало), поэтому значение тока может достигать значений: mA, A, кA;
при обратном смещении перехода, тормозящее действие увеличивается, сопротивление перехода возрастает, через переход протекает незначительный обратный ток Iт;
кристалл ПП с p – n – переходом обладает односторонней проводимостью. Широко используется для изготовления ПП диодов, транзисторов и др;
4) значение обратного тока зависит от типа вещества, из которого делают p – n – переход.