Сыртқы кернеу бар кездегі р-n-ауысу

p-n-ауысуға сырттан кернеу берілгенде ондағы токтардың динамикалық тепе-теңдігі бұзылады да p-n-ауысу тепе-теңдік емес болады.

1) p-n-ауысудың р-аймағына сыртқы кернеу көзінің «-» полюсі және n-аймағына «+» полюсі берілген болса p-n-ауысу кері бағытта жылжытылған делінеді (7 сурет).

7 Сурет – p-n-ауысудағы кері жылжу

p-n-ауысудағы кернеу φ_к потенциалымен бағыттас, ал қорытқы кернеу осы потенциал мен сыртқы кернеудің қосындысына тең: U_pn = U + φ_k. Бұл жағдайда электр өрісінің Е кернеулігі өседі де p-n-ауысудың ені кеңейеді. Диффузия үрдісі толығымен тоқтайды, ауысу арқылы I₀ = I_pn = I_кері кері ток жүреді. Бұл негізгі емес заряд тасымалдаушылардың I₀ жылулық тогы, өйткені I_диф нөлге айналған. Жылулық токтың шамасы қоршаған орта температурасына тәуелді болады.

Кері ток негізгі емес тасымалдаушыларға байланысты болғандықтан (негізгі емес тасымалдаушылардың концентрациясы аз шама) I₀ тогының мәні де аз шама болады.

2) p-n-ауысудың р-аймағына сыртқы кернеу көзінің «+» полюсі және n-аймағына «-» полюсі берілген болса p-n-ауысу тура бағытта жылжытылған делінеді (8 сурет).

8 Сурет – p-n-ауысудағы тура жылжу

Бұл жағдайда сыртқы кернеу φ_к потенциалына қарама-қарсы бағытталады да, ауысудағы қорытқы кернеу олардың айырымына тең болады: U_pn=φ_к-U, бұл ауысудағы электр өрісінің Е кернеулігін әлсіретеді, ауысудың ені кішірейеді. Негізгі заряд тасымалдаушылардың диффузиясы қайтадан басталады. p-n-ауысуда I_pn=I_тура=I_диф тура ток жүреді, бұл негізгі заряд тасымалдаушылардың диффузиялық тогы.

Тура ток негізгі заряд тасымалдаушыларға байланысты болғандықтан (олардың концентрациясы жоғары болады) кернеу жоғарылағанда диффузиялық ток күрт жоғарылап үлкен мәндерге ие болуы мүмкін.

3 p-n-АУЫСУДЫҢ ВОЛЬТ-АМПЕРЛІК СИПАТТАМАСЫ

p-n-ауысудағы токтың сыртқы кернеуге тәуелділігін (I=f(U)) вольт-амперлік сипаттама (ВАС) деп атайды. Оның графиктік көрінісі 9-суретте келтірілген.

9 Сурет – p-n-ауысудың ВАС-ы

p-n-ауысудың негізгі қасиеті – бірбағытты өткізгіштігі, ВАС-ы түзеткіштік қасиетке ие, яғни бір бағытта токты жақсы, ал екінші бағытта өте нашар өткізеді.

ВАС-ына сәйкес, I_кері=I₀ кері кернеуге тәуелсіз тұрақты шама болып қалады. Алайда U_кері кері кернеудің жоғары мәнінде кері токтың I_кері күрт өскенін бақылауға болады. Бұл құбылыс p-n-ауысудың тесілуі, ал тесілу байқалатын кернеу тесілу кернеуі деп аталады.

Тесілу былайша бөлінеді:

1) Жылулық;

2) Электрлік, мұның өзі туннельдік және тасқындық (қызусыз) болып бөлінеді.

Электрлік тесілу қайтымды, яғни кері кернеудің шамасын азайтқанда p-n-ауысудың бастапқы түзеткіштік қасиеттері қалпына келеді.

Тасқындық тесілу әдетте шамалы легирленген «енді» p-n-ауысуларда негізгі емес заряд тасымалдаушылардың тасқынды түрде көбеюінен болады [3,5]. Электр өрісі айтарлықтай жоғары болғанда электрондар өрісте үдей қозғала отырып, соқтығысқанда жартылайөткізгіштің валенттік электрондарын жұлып шығаратындай жылдамдыққа ие болуы мүмкін. Жұлынған әрбір электрон өрісте әрі қарай үдеп келесі электрондар буынын тудырады. Бұл үрдіс тасқындық түрде жалғаса береді.

Туннельдік тесілу әдетте легирлену дәрежесі жоғары «жұқа» p-n-ауысуларда болады. Күшті электр өрісі әсерінен валентті электрондардың жұлынуы орын алады. Нәтижесінде p-n-ауысу көлемінде еркін электрон пайда болады.

2) Жылулық тесілу қайтымсыз құбылыс. Ол кезде кері токтың әсерінен p-n-ауысу қызады. Қызу барысында p-n-ауысуда негізгі емес заряд тасымалдаушылардың саны артады. Бұл өз кезегінде І_кері кері токтың мәнін жоғарылатып, p-n-ауысудың қызу жылдамдығы жоғарылайды. Кристаллдық тор бұзылып (балқып), электрлік қасиеттер қайта қалпына келмейді.