Властивості несиметричного p-n-переходу

Рисунок 2 Електричні процеси в несиметричному р-n – переході

Розглянемо p–n– перехід, у якого концентрація носіїв у р– напівпровіднику більше, ніж у n– напівпровіднику. В результаті цього на межі двох напівпровідників за рахунок дифузії створюються два збіднених шари різної ширини. В зв’язку з тим, що концентрація носіїв в р– напівпровіднику набагато більше, то і ширина збідненого шару буде дуже малою, тому опором цього шару практично можна знехтувати. Ширина збідненого шару в n–напівпровіднику буде набагато більше і буде визначати опір р–n–переходу.

Якщо до напівпровідника не прикладена зовнішня напруга, то через p–n–перехід буде проходити два струми, які створюються дифузією та дрейфом і протилежно направлені. При динамічній рівновазі загальний струм через p–n–перехід буде рівний нулю. На межі двох напівпровідників створиться різниця потенціалів і визначиться градієнт напруженості поля.

І= І_диф –І_др = 0 І_диф =І_др = І_т

де І_т - тепловий струм

U_конт залежить від типу напівпровідників і ширини забороненої зони і знаходиться:

для германію - в межах 0,3 – 0,4В;

для кремнію – 0,6 – 0,7В;

для арсеніду галію ≈ 1В;

для карбіду кремнію ≈ 1,2 – 1,3В.

U_конт визначає залишкову напругу напівпровідникового приладу.

Напівпровідник з великою концентрацією домішок, який має малий опір, називається емітером. Напівпровідник з малою концентрацією домішок, який має великий опір, називається базою. Нагнітання заряду із напівпровідника з більшою концентрацією в напівпровідник з меншою концентрацією називається інжекцією.

Пряме вмикання p – n – переходу

При роботі напівпровідникового – приладу до p–n–переходу може бути прикладена напруга, при якій висота потенційного бар’єру може зменшуватися або збільшуватися. Якщо до p-напівпровідника підвести “+” потенціал, а до n–напівпровідника “-” потенціал джерела напруги, то за рахунок цього падіння напруги у напівпровіднику буде відбуватися в основному на p–n– переході і в ньому з’явиться додаткове електричне поле, яке протилежно направлене тому зменшить внутрішню напругу p–n-переходу. Тоді при прямому вмиканні контактна різниця потенціалів буде U₁=U_к - U

Рисунок 3 Електричні процеси в р-n – переході при підключеній

зовнішній напрузі в прямому напрямі

За рахунок падіння напруги від зовнішнього струму зменшується контактна різниця потенціалів U_к, з’явиться можливість додаткової дифузії носіїв заряду і збільшиться струм, який проходить через p– n–перехід за рахунок дифузії. При цьому рух носіїв буде практично в одному напрямі за рахунок різної концентрації домішок в напівпровідникові.. Струм, створений тепловою генерацією носіїв, практично не зміниться при постійній температурі. Тоді ми будемо мати:

Позначимо I_т = I₀ – зворотний струм насичення p–n–переходу.

Тоді залежність називають вольт-амперною характеристикою ідеального p–n–переходу.