Р-n переход при обратном напряжении

Напряжение, у которого полярность не совпадает с полярностью основных носителей, называется обратным
(рис. 3.4,а). Под действием обратного напряжения u_ОБР через переход протекает очень небольшой обратный ток i_ОБР, что объясняется следующим образом. Поле, создаваемое обратным напряжением, складывается с полем контактной разности потенциалов (см. рис. 3.4,а векторы Е_К и Е_ОБР).

Результирующее поле усиливается, и высота потенциального барьера теперь равна u_К + u_ОБР
(рис. 3.4,б). Уже при небольшом повышении барьера диффузионное перемещение основных носителей через переход прекращается, т.е. собственные скорости носителей недостаточны для преодоления барьера. А ток проводимости (дрейфа) остается почти неизменным, поскольку он определяется главным образом числом неосновных носителей, попадающих на р-n переход из n- и р-областей.

Выведение неосновных носителей через р-n переход ускоряющим электрическим полем, созданным обратным напряжением называется экстракцией носителей заряда.

Таким образом, обратный ток i_ОБР образуется движением неосновных носителей и имеет малое значение в связи с низкой концентрацией неосновных носителей и высоким сопротивлением запирающего слоя. Действительно при повышении обратного напряжения поле в месте перехода усиливается и все большее количество основных носителей «выталкивается» вглубь областей. При этом обратно смещенный р-n переход все более обедняется носителями, проводимость уменьшается, следовательно, сопротивление перехода возрастает, т.е.
R_ОБР >> R_ПР. При обратном смещении р-n перехода сначала возникает переходной процесс, связанный с движением основных носителей: электроны в n-области – по направлению к положительному полюсу источника, т.е. удаляются от перехода, а дырки в р-области – по направлению к отрицательному полюсу. У отрицательного электрода они рекомбинируют с электронами, которые приходят из проводника, соединяющего этот электрод с отрицательным полюсом источника. В результате n-область заряжается положительно, т.к. из нее уходят электроны и остаются положительные атомы донорной примеси. Соответственно р-область заряжается отрицательно. Рассмотренное движение основных носителей продолжается лишь малый промежуток времени. Далее ток уже при небольшом значении обратного напряжения, остается практически постоянным, т.к. образуется неосновными носителями, концентрация которых мала.

Обратно смещенный р-n переход становится аналогичным заряженному конденсатору с плохим диэлектриком, в котором имеется ток утечки (его роль, играет обратный ток), только ток утечки конденсаторов в соответствии с законом Ома пропорционален приложенному напряжению, а обратный ток р-n перехода сравнительно мало зависит от напряжения.

Контрольные вопросы

1. Что называется электронно-дырочным переходом?

2. Поясните возникновение контактной разности потенциалов.

3. Что понимается под динамическим равновесием р-n перехода?

4. Чему равна высота потенциального барьера р-n перехода, как она влияет на диффузию основных носителей и как она зависит от их концентрации?

5. Какие носители образуют ток дрейфа, и в каком направлении они движутся?

6. Почему приграничные слои называются запирающим слоем?

7. Почему запирающий слой имеет высокое сопротивление?

8. Какое подключение внешнего источника называется прямым?

9. Поясните физические процессы, протекающие в прямо смещенном р-n переходе.

10. Какое явление называется инжекцией носителей заряда?

11. Какие области называются эмиттером и базой?

12. Почему при подключении прямого напряжения снижается потенциальный барьер, уменьшается толщина запирающего слоя и его сопротивление?

13. Каков порядок имеет прямое напряжение, способное уничтожить запирающий слой?

14. Какое подключение внешнего источника напряжения является обратным ?

15. Поясните физические процессы, протекающие в обратно смещенном р-n переходе.

16. Какое явление называется экстракцией носителей заряда ?

17. Почему сопротивление обратно смещенного перехода очень велико?

18. Чему равна высота потенциального барьера обратно смещенного перехода ?

19. Почему обратно смещенный р-n переход сравнивают с заряженным конденсатором ?