Вольтамперная характеристика pn-перехода.

ВАХ называется вольт-амперная зависимость напряжения от тока электронного прибора.

АВХ называется ампервольтная зависимость тока от напряжения электронного прибора.

Экспериментальная ВАХ pn-перехода представлена на следующем графике (рассмотрим кремний).

Теоретическая ВАХ представляется следующей формулой:

где

- тепловой ток или ток насыщения, который колеблется в интервале ( )А;

- температурный потенциал;

Т – температура в градусах Кельвина;

q – элементарный заряд (1,6* ) Кл.

Экспериментальная ВАХ расположена в I квадранте для прямого тока и напряжения и в III – для обратного тока и напряжения. Участок 1 характеризуется малым током, создаваемым неосновными зарядоносителями, обычно это непроводящее направление pn-перехода. 2ой и 3ий участки – участки пробоя.

Пробоем называется такой режим работы полупроводникового прибора, при котором с новым обратным напряжением Uобр происходит резкое изменение внутреннего сопротивления pn-перехода и, как следствие, рост тока.

2ой участок - участок электрического пробоя. Различают туннельный пробой и лавинный пробой. При туннельном пробое ширина запретной зоны мала, так что электроны валентной зоны при незначительном повышении температуры могут перескочить сквозь свободную зону (перескок через закрытый pn-переход). Туннельный пробой происходит в узких pn-переходах с малой электропроводимостью.

Лавинный пробой происходит в широких pn-переходах, обладающих высокой проводимостью, в которых длина свободного пробега зарядоносителей достаточна для приобретения энергии для ионизации атомов pn-перехода. Процесс напоминает лавинный газовый разряд.

В результате пробоев число свободных зарядоносителей увеличивается, т.е. при почти неизменном обратном напряжении Uобр растет обратный ток Iобр, который греет pn-переход. Электрический пробой считают восстанавливаемым или обратимым, это значит, что при снятии внешнего напряжения свойства пробитого pn-перехода восстанавливаются. Электрический пробой будет восстанавливаться, если имеется хороший теплоотвод от pn-перехода. С этой целью для мощных полупроводниковых приборов применяют установку на радиаторах и обдув.

3ий участок – участок теплового пробоя. Если теплоотвод от pn-перехода плохой, то электрический пробой переходит в тепловой. Интенсивно увеличивается обратный ток Iобр, и нагрев вызывает разрушение pn-перехода. Это режим не допустим для работы.

4ый участок: Uпр < Езап. Прямой ток Iпр мал на участке, участок нелинеен.

5ый участок: Uпр > Езап. pn-переход исчезает, и движение основных зарядоносителей ограничено только сопротивлением внешней нагрузки: Iпр = Uпр/Rн.

Для идеального pn-перехода Rпрpn = 0, Rобрpn = . Принцип действия всех полупроводниковых приборов основан на использовании различных ветвей ВАХ pn-перехода.

Iпр = (0,1 - 2000)А Uпр = (1 - 3)В

Iобр = ( )А Uобр = (1 - 2000)В

Главным недостатком полупроводниковой техники является невзаимозаменяемость pn-перехода и существенная температурная зависимость прямого и обратного тока.

5. Классификация полупроводниковых приборов.