Влияние внешнего напряжения на p- n- переход

Подача внешнего напряжения на p-n переход меняет его параметры.

Внешнее напряжение может быть подано в прямом или обратном направлении.

Если к p- области приложен более положительный потенциал, чем к n- области, то приложенное напряжение прямое ( U_пр), и говорят, что переход смещен в прямом направлении.

Иначе- будет U_обр.(обратное), а переход будет обратносмещенным.

При U_пр. возникает E_вн. (внешнее поле), вектор напряженности у него направлен противоположно E₀ (полю перехода) и в результате поле прямосмещенного перехода E_пр станет более слабым, чем у равновесного.

E_пр= E₀ - E_вн , E_пр< E₀

Силы противодействия диффузии ОНЗ уменьшаются, а з, значит, ток диффузии I_L увеличивается. Увеличение значительное, поскольку ОНЗ очень много. При этом ток дрейфа ННЗ I_σ при неизменной температуре остается практически постоянным. Это приведет к увеличению ↑I_пр=↑I_L-I_σ,

Ток возростает, а сопротивление перехода уменьшается : R_{p-n пр} < R_{p-n 0} .

Уменьшается также ширина перехода d_пр.< d ₀ и барьерная разность потенциалов ∆ φ _пр.< ∆ φ₀ .

При U_обр E_обр=E₀+ E_вн

Поле противодействует движению ОНЗ и это противодействие настолько сильно, что уже при U_обр≈0,2 В ток диффузии I_L стремится к 0.

I_обр= I_L-I_σ ≈ I_обр

Ток через переход меняет направление , но его значение мало, что объясняется малой концентрацией ННЗ.

Сопротивление обратносмещенного перехода оказывется значительно большим, ,чем у равновесного R_{p-n обр.}>>R₀ . Увеличивается также ширина перехода d_обр.> d₀ и барьерная разность потенциалов ∆φ_обр.>∆ φ₀ .

ВАХ p- n- переход и диода

ВАХ идеального p- n- перехода:

Под идеальным p-n переходом понимают бесконечно тонкий p- n- переход, занимающий весь монокристалл (нет периферийных областей)

Полупроводниковые диоды - это полупроводниковые приборы, выполненные на основе монокристалла полупроводника с несимметричным p- n переходом, снабженные контактами для соединения с внешней цепью и помещенные в защитный корпус.

При изготовлении в одну область добавили больше примесей, чем в другие. Область с более высокой концентрацией примеси называется эмиттером, с меньшей - базой. Поэтому справедливо соотношение: R_{тела базы}>>R_{тела эмиттера}

Переход образуется в основном за счет тела базы.

Представим реальный диод схемой замещения с идеальным p-n переходом

Согласно второму закону Кирхгофа U_p-n = U_пр – I_пр (r_э + R_Б). Учитывая соотношение сопротивлений можно считать, что U_p-n ≈ U_пр – I_пр R_Б . С увеличением прямого напряжения сопротивление p-n перехода уменьшается. Следовательно, уменьшается доля прямого напряжения, приложенного непосредственно к переходу, и его влияние на ток уменьшается: вольтамперная характеристика становится все более линейной.

Пробой p- n- перехода

Если не предусмотрено мер по отводу тепла от p- n- перехода, то ↑U_обр приводит к тепловому пробою p - n- перехода. Тепловой пробой выводит диод из строя.

↑U_обр=>↑P=U_обрI_обр; (↑U_обр)=> ↑ t^о =>↑ННЗ (т.к. поле ускоряющее)=>↑I_Б=>↑I_обр

Пробой- лавинообразное увеличение I_обр при незначительном приращении ∆U_обр.(кривая 1).

Различают также электрический пробой ( кривая 2 и 3 ). Это явление используется для построения спец. приборов.

Электрический пробой бывает 2-х видов: лавинный и тунельный.

Лавинный пробой: увеличение концентрации СНЗ за счет ударной ионизации нейтральных атомов собственного полупроводника.

Наблюдается в сравнительно широких p- n- переходах. Под действием большой напряженности поля ННЗ движутся сравнительно долго и за это время успевают получить приращение энергии, достаточное для того, чтобы один ННЗ привел при ионизации к созданию двух или более.

Тунельный пробой: возникает в очень узких переходах при очень высокой напряженности поля.

Поле способно вырвать электрон из ковалентной связи. Но значительного приращения энергии он не успеет получить и будет перенесен в другую область.

Резко различить тунельный и лавинный пробой трудно.

Диоды создаются для выполнения различных функций и, соответственно, имеют особенности в параметрах, в характеристиках, имеют специальные схемные обозначения.

Каждый диод имеет специальную маркировку. Используя ее по справочнику можно получить сведения о назначении ,параметрах и технических характеристиках конкретного диода.

Д2 выпрямительные, смесительные

Д3 импульсные, детекторные

Д4 варикап – диод используемый как емкость, изменяемая напряжением

Д41 стабилитрон (для стабилизациии U)