ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД ПРИ ПРЯМОМ НАПРЯЖЕНИИ

Пусть источник внешнего напряжения подключен положительным полюсом к полупроводнику р- типа (рис. 2.2, а).Такое напряжение, у которого полярность совпадает с полярностью основных носителей, называется прямым. Действие прямого напряжения U _пр вызывающее прямой ток I_пр через переход, поясняется потенциальной диаграммой на
рис. 2.2,6. (На этом и следующих рисунках потенциальная диаграмма изображена упрощенно. Для рассмотрения n - р - персхода процессы в остальных частях цепи не представляют интереса. Поэтому на диаграммах не показано изменение потенциала вдоль п- и р- областей, т. .е. их сопротивление принято равным нулю. Не показано также изменение потенциала в контактах областей nир с электродами, к которым присоединены провода от источника напряжения.

Рис 2.2 Электронно-дырочный переход при прямом внешнем напряжении

Электрическое поле, создаваемое в n - р- переходе прямым напряжением, действует навстречу полю контактной разности потенциалов. Это показано на рисунке векторами Е_к и Е_пр. Результирующее поле становится слабее, и разность потенциалов в переходе уменьшается, т. е. высота потенциального барьера понижается, возрастает диффузионный ток, так как большее число носителей может преодолеть пониженный барьер. Ток дрейфа при этом почти не изменяется, так как он зависит главным образом от числа неосновных носителей, попадающих за счет своих тепловых скоростей на n - р - переход из
n- и р- областей. Если пренебречь падением напряжения на сопротивлении областей
n и р, то напряжение на переходе можно считать равным U_к — U_пр. Для сравнения на
рис. 2.2,6 штриховой линией повторена потенциальная диаграмма при отсутствии внешнего напряжения.

Как известно, в этом случае токи I_диф и I_др равны и компенсируют друг друга. При прямом напряжении I_диф > > I_др и поэтому полный ток через переход, т. е. прямой ток, уже не равен нулю:

I_пр = I_диф - I_др > 0.

Если барьер значительно понижен, то I_диф >>I_др и можно считать, что I_пр ^~ I_диф,
т.е. прямой ток в переходе является чисто диффузионным. Введение носителей заряда через пониженный под действием прямого напряжения потенциальный барьер в область, где эти носители являются неосновными, называется инжекцией носителей заряда. Слово «инжекция» означает «введение, впрыскивание». Применение термина «инжекция» необходимо для того, чтобы отличать данное явление от электронной эмиссии, в результате которой получаются свободные электроны в вакууме или разреженном газе. Область полупроводникового прибора, из которой инжектируются носители, называется эмиттерной областью или эмиттером. А область, в которую инжектируются неосновные для этой области носители заряда, называется базовой областью или базой. Таким образом, если рассматривать инжекцию электронов, то n- область является эмиттером, а р- область — базой. Для инжекции дырок, наоборот, эмиттером служит р- область, а базой n - область.

Обычно концентрация примесей, а следовательно, и основных носителей в
n-и р-областях весьма различна. Поэтому инжекция электронов из области с более высокой концентрацией основных носителей преобладает. Соответственно этому области и называют «эмиттер» и «база». Например, если n_n >> Р_Р то инжекция электронов из
n- области в р- область значительно превосходит инжекцию дырок в обратном направлении. В данном случае эмиттером считают n- область, а базой — р- область, так как инжекцией дырок можно пренебречь.

При прямом напряжении не только понижается потенциальный барьер, но также уменьшается толщина запирающего слойя (d_пр < d) и его сопротивление в прямом направлении становится малым (единицы — десятки ом).

Поскольку высота барьера U_к при отсутствии внешнего напряжения составляет несколько десятых долей вольта, то для значительного понижения барьера и существенного уменьшения сопротивления запирающего слоя достаточно подвести к n -р- переходу такое же прямое напряжение (десятые доли вольта). Поэтому большой прямой ток можно получить при очень небольшом прямом напряжении. Очевидно, что при некотором прямом напряжении можно вообще уничтожить потенциальный барьер в n-р- переходе. Тогда сопротивление перехода, т. е. запирающего слоя, станет близким к нулю и им можно будет пренебречь. Прямой ток в этом случае возрастет и будет зависеть только от сопротивления n- и р- области. Теперь уже этими сопротивлениями пренебрегать нельзя, так как именно они остаются в цепи и определяют силу тока.