2. Прямое и обратное включение p-n-перехода.

Особые свойства приобретают полупроводники, состоящие из двух или нескольких соприкасающихся слоев с различными типами проводимости.

Область, где имеется переход от полупроводника с электронной проводимостью к полупроводнику с дырочной проводимостью, называют электронно-дырочным или p-n-переходом.

Свойства и сочетание электронно-дырочных пере­ходов лежат в основе принципа действия многих полупроводниковых приборов.

В силу динами­ческого равновесия при отсутствии внешнего поля, указанные токи равны, поэтому суммарный ток через p-n-переход будет равен нулю. Такое состояние p-n-перехода называется равновесным.

Равновесное состояние p-n-перехода нарушается, если к переходу приложить внешнее напряжение, которое в зависимости от значения и полярности подключения изменяет высоту потенциального барь­ера, ширину запирающего слоя и соотношение между диффузионным током и током дрейфа p-n-перехода.

Если к р-n-переходу приложить внешнее прямое напряжение, как показано на рис. 2.5, т. е. подсоеди­нив положительный полюс к p-области, а отрица­тельный к n-области, то при этом электрическое поле внешнего источника Е_вш не совпадает с направлением поля p-n-перехода. Это приведет к уменьшению напряженности электрического поля перехода, что вызовет уменьшение ширины запирающего слоя и высоты потенциального барьера. Уменьшение высоты потенциального барьера приведет к росту диффузионных токов основных носителей, а токи дрейфа несколько уменьшатся, в результате через p-n-переход будет протекать результирующий ток, называемый прямым током. Прямой ток I_пр протекает в направлении от р- к л-области через запорный слой p-n-перехода.

Рассмотрим теперь случай, когда к p-n-переходу приложено напряжение противоположной полярности - обратное включение (рис. 2.6). В этом случае внешнее напряжение увеличивает напряженность внутреннего поля p-n-перехода, а также ширину запорного слоя и высоту потенциального барьера. При этом токи диффузии практически уменьшаются до нуля, поскольку диффузия основных носителей затруднена ростом Потенциального барьера. Токи неосновных носителей—токи дрейфа сохраняют почти прежние значения, как и при равновесном состоянии p-n-перехода. В результате через этот переход протекает ток дрейфа неосновных носителей р- и n-областей. В отличие от прямого тока этот ток протекает в направлении от n- к p-области через p-n-переход и называется обратным током — I_о6р.

Обратный ток пропорционален концентрации неосновных носителей и во много раз меньше, чем прямой ток. С ростом температуры и освещенности обратный ток увеличивается. Величина обратного тока зависит от обратного напряжения. Поскольку обратный ток значительно меньше прямого (при­мерно на шесть порядков), можно считать, что полупроводник, обладающий электронно-дырочным переходом, обладает вентильным свойством, т. е. односторонней проводимостью электрического тока. Это дает возможность использовать электронно-дырочный переход для выпрямления переменного тока.

На рис. 2.7 приведена вольт-амперная характе­ристика электронно-дырочного перехода, из которой видно свойство односторонней проводимости p-n-перехода. При работе приборов с электронно-дырочным пере­ходом наблюдается его разо­грев.