- •В.И.Елфимов, н.С.Устыленко основы теории p-n перехода
- •Основы теории p-n перехода.
- •Оглавление
- •1. Физические процессы в p-n переходе 7
- •Введение
- •1. Физические процессы в p-n переходе
- •1.1. Понятие электронно-дырочного перехода
- •1.2. Равновесное состояние p-n перехода
- •1.2.1. Образование p-n перехода
- •Диаграмма 1
- •Диаграмма 5
- •1.2.2. Токи в p-n переходе в равновесном состоянии
- •1.2.3. Контактная разность потенциалов
- •1.2.4. Энергетическая диаграмма p-n перехода в равновесном состоянии
- •1.3. Неравновесное состояние p-n перехода
- •1.3.1. Прямосмещенный p-n переход
- •1.3.2. Обратносмещенный p-n переход
- •2. Идеальный p-n переход
- •2.1 Основные соотношения для идеального p-n перехода
- •2.2. Вольтамперная характеристика идеального p-n перехода
- •3. Вольтамперная характеристика реального p-n перехода
- •3.1. Прямая ветвь вах реального p-n перехода
- •3.2. Обратная ветвь вах реального p-n перехода
- •4. Виды пробоев p-n перехода
- •4.1. Общая характеристика пробоя p-n перехода
- •4.2. Тепловой пробой p-n перехода
- •4.3. Полевой пробой
- •4.4. Лавинный пробой
- •5. Вопросы для самопроверки
- •Список литературы
- •Основы теории p-n перехода
1.3.2. Обратносмещенный p-n переход
Если к p-области подключить отрицательный полюс внешнего источника напряжения, а к n-области - положительный, то такое включение p-n перехода получило название обратного смещения p-n перехода. Схема включения p-n перехода представлена на рис.9.
Под действием обратного напряжения Uобр основные носители заряда будут перемещаться от границ p-n перехода вглубь областей. При этом ширина p-n перехода увеличивается, что хорошо демонстрируется потенциальной диаграммой рис.9.
Ширина обратносмещенного p-n перехода определяется по формуле
.
Приближенная запись для lобр оправдана, так как Uобр>>к. Из формулы для lобр видно, что p-n переход расширяется не линейно с увеличением приложенного напряжения Uобр: вначале более быстро, затем расширение p-n перехода замедляется.
При подаче Uобр увеличивается потенциальный барьер, так как напряженность внешнего электрического поля Eвн совпадает с направлением напряженности внутреннего электрического поля Eк, уменьшается число основных носителей заряда, способных его преодолеть, и ток диффузии уменьшается. Уже при Uобр=(0,10,2) В ток диффузии становится равным нулю, а через p-n переход протекает только ток неосновных носителей заряда, образующих дрейфовую составляющую тока.
Р ис.9
На рис.9 обозначено: lо - ширина p-n перехода в равновесном состоянии, определяемая по зависимости 1 - распределение потенциалов в равновесном состоянии p-n перехода; lобр - ширина p-n перехода при обратном смещении, определяемая по зависимости 2 - потенциальная диаграмма при обратном смещении p-n перехода; к - высота потенциального барьера в равновесном состоянии p-n перехода; (к+Uобр) - высота потенциального барьера при обратном смещении p-n перехода.
В результате действия обратного напряжения снижается концентрация неосновных носителей заряда у границ p-n перехода и появляется их градиент концентрации. Возникает диффузия неосновных носителей заряда к границам p-n перехода, где они подхватываются электрическим полем p-n перехода и переносятся через p-n переход. Это поясняется диаграммой рапределения концентраций основных и неосновных носителей заряда в областях p-n перехода, приведенной на рис.10, на котором обозначено: Ln, Lp - длина диффузии электронов и дырок.
Рис.10
Как показано на рис.10, концентрация неосновных носителей заряда на границах p-n перехода практически падает до нуля. Снижение концентраций неосновных носителей заряда у границ p-n перехода, появление градиента их концентрации и диффузия неосновных носителей заряда к p-n переходу характеризуются экстракцией.
Э кстракцией называется извлечение неосновных носителей заряда из областей, примыкающих к p-n переходу, под действием ускоряющего электрического поля.
Энергетическая диаграмма обратносмещенного p-n перехода приведена на рис.11.
Уровень Ферми в n-области опускается вниз на величину обратного напряжения Uобр. Обратный ток включает дрейфовую составляющую и равен:
.
С учетом принятых допущений имеем pn>>np и iEp>>iEn, а следовательно, можно приближенно записать ; таким образом, дрейфовый ток несимметричного p-n перехода создается в основном неосновными носителями заряда базы (слаболегированная область p-n перехода).
Р ис.11