Электронно-дырочный переход.

Р абота различных полупроводниковых приборов основана на явлениях, возникающих при контакте полупроводников, обладающих разными типами электропроводимости. При плотном соприкосновении двух кусков полупроводника с различными типами электрической проводимости электронов из n области, где их концентрация выше, устремляются в p область, где их концентрация ниже. Дырки же из р области идут в n область. Такое взаимное проникновение основных носителей из области с большей концентрацией в область меньшей концентрации называется диффузией. В результате диффузии носителей по обе стороны раздела двух полупроводников с различными типами электропроводности создаются объёмные заряды различных знаков.

Эти заряды создают в пограничной зоне поле, препятствующее диффузии основных носителей. Область на границе раздела двух полупроводников с различными типами электропроводности, называется электронно-дырочным или p-n переходом.

В зоне p-n перехода создаётся потенциальный барьер Е_б. Преодолеть его могут только те основные носители, энергия которых его превышает. Преодолевшие потенциальные барьер основные носители рекомбинируют, тем самым увеличивая величину потенциального барьера, что уменьшает диффузионный ток. Однако полностью составляющая тока диффузии прекратиться не может. Это объясняется тем, что существует составляющая обратного тока p-n перехода, обусловленная дрейфом не основных носителей, для которых потенциальный барьер является ускоряющим. Дрейфовая составляющая понижает потенциальный барьер и тем самым поддерживает диффузионную составляющую тока. В результате в p-n переходе устанавливается динамическое равновесие, при котором диффузионная составляющая тока основных носителей равна дрейфовой составляющей тока не основных носителей, отсюда вывод ток через переход равен нулю.

Полупроводниковый диод.

При U>0 величина потенциального барьера уменьшается, что приводит к росту тока (диффузионный ток основных носителей больше дрейфового тока не основных носителей). При некотором увеличении U потенциальный барьер полностью компенсируется, и ток диода определяется лишь сопротивлением кристалла и нарастает линейно (дрейфовый ток основных носителей).

Я вление введения носителей заряда через понизившийся потенциальный барьер, где эти носители являются не основными, называется инжекцией носителей заряда.

Область, в которую инжектируются не основные для этой области носители, называется базовой областью или базой.

Область, из которой инжектируются носители, называется эмиттерной областью или эмиттером.

В полупроводниковом приборе обычно концентрация основных носителей в p и n областях различна, поэтому одна инжекция преобладает над другой. Этой преобладающей инжекцией и дают название эмиттер и база.

На участке * нелинейность ВАХ объясняется тем, что здесь результирующий ток определяется разностью увеличивающегося диффузионного тока основных носителей и уменьшающегося дрейфового тока не основных носителей.

Выше этого участка наблюдается только дрейф основных носителей.

При U<0 и ростом модуля этого напряжения внешнее поле складывается с полем потенциального барьера. Под действием результирующего поля потенциальный барьер увеличивается. Уже при небольшом увеличении отрицательного напряжения диффузия основных носителей растёт. Так как концентрация не основных носителей невелика, то и небольшого обратного напряжения достаточно для обеспечения насыщения дрейфового тока не основных носителей. Этот ток и называют током насыщения или тепловым током. Он сильно зависит от температуры, увеличиваясь, примерно, в е раз при увеличении температуры на каждые 10⁰.

Обратный ток медленно растёт с повышением отрицательного напряжения U, что объясняется наличием тока утечки по поверхности диода на участке p-n перехода, а также носителями, генерируемыми а самом переходе и уносимыми полем до их рекомбинации. С ростом обратного напряжения ток медленно растёт, но, начиная, с некоторого пробивного напряжения обратный ток резко растёт. Это явление называется пробоем диода. Различают 3 вида пробоя диода:

1. Электрический. Вызывается значительным ростом напряженности электрического поля в переходе, при этом поле большой напряженности вырывает электроны из ковалентных связей. Это приводит к значительному росту концентрации носителей и соответственно тока.

2. Лавинный. При нём большие скорости не основных носителей заряда в области перехода вызывают ионизацию нейтральных атомов и связанное с ней лавинообразное размножение носителей заряда, приводящее к возрастанию обратного тока через переход. Электрический и лавинный пробои требуют для своего возникновения определённую напряжённость Е, поэтому напряжение при них, практически, неизменно. При уменьшении U ток через диод пропадает.

3. Тепловой. Вызывается нагревом перехода и термогенерацией носителей заряда в области перехода. Тепловой пробой разрушает p-n переход и является необратимым.