Прямое и обратное включение p-n перехода.

Приложим внешнее напряжениеплюсом к p-области. Внешнее электрическое поле направлено навстречу внутреннему полю p-n перехода, что приводит к уменьшению потенциального

барьера. Основные носители зарядов легко смогут преодолеть потенциальный барьер, и поэтому через p-n переход будет протекать сравнительно большой ток, вызванный основными носителями заряда.

Такое включение p-n перехода называется прямым, и ток через p-n переход, вызванный

основными носителями заряда, также называется прямым током. Считается, что при прямом

включении p-n переход открыт. Если подключить внешнее напряжение минусом на p-область,

а плюсом на n-область, то возникает внешнее электрическое поле, линии напряжённости которого совпадают с внутренним полем p-n перехода. В результате это приведёт к увеличению потенциального барьера и ширины p-n перехода. Основные носители заряда не смогут преодолеть p-n переход, и считается, что p-n переход закрыт. Оба поля – и внутреннее и внешнее - являются ускоряющими для неосновных носителей заряда, поэтому неосновные носители заряда

будут проходить через p-n переход, образуя очень маленький ток, который называется обратным током. Такое включение p-n перехода также называется обратным.

3) Свойства p-n перехода.К основным свойствам p-n перехода относятся:

свойство односторонней проводимости;

температурные свойства p-n перехода;

частотные свойства p-n перехода;

пробой p-n перехода.

Свойство односторонней проводимости p-n перехода нетрудно рассмотреть на вольтамперной

характеристике. Вольтамперной характеристикой (ВАХ) называется графически выраженная

зависимость величины протекающего через p-n переход тока от величины приложенного

напряжения. I=f(U).

Будем считать прямое напряжение положительным, обратное – отрицательным. Ток через p-n

переход может быть определён следующим образом:

где I0 – ток, вызванный прохождением собственных носителей заряда;

e – основание натурального логарифма;

e’ – заряд электрона;

Т – температура;

U – напряжение, приложенное к p-n переходу;

k – постоянная Больцмана.

При прямом включении:

При увеличении прямого напряжения прямой ток изменяется по экспоненциальному закону.

При обратном включении:

Так как величина обратного тока во много раз меньше, чем прямого, то обратным током можно пренебречь и считать, что p-n переход проводит ток только в одну сторону.

Температурное свойство p-n перехода показывает, как изменяется работа p-n перехода при изменении температуры. На p-n переход в значительной степени влияет нагрев, в очень малой

степени – охлаждение. При увеличении температуры увеличивается термогенерация носителей заряда, что приводит к увеличению как прямого, так и обратного тока.

Частотные свойства p-n перехода показывают, как работает p-n переход при подаче на него

переменного напряжения высокой частоты. Частотные свойства p-n перехода определяются

двумя видами ёмкости перехода.

Первый вид ёмкости – это ёмкость, обусловленная неподвижными зарядами ионов донорной

и акцепторной примеси. Она называется зарядной, или барьерной ёмкостью.

Второй тип ёмкости – это диффузионная ёмкость, обусловленная диффузией подвижных носителей заряда через p-n переход при прямом включении.

Ri – внутреннее сопротивление p-n перехода.

Ri очень мало при прямом включении [Ri = (n∙1 ч n∙10) Ом] и будет велико при обратном

включении [Riобр = (n∙100 кОм ч n∙1 МОм)].

Если на p-n переход подавать переменное напряжение, то ёмкостное сопротивление p-n пере-

хода будет уменьшаться с увеличением частоты, и при некоторых больших частотах ём-

костное сопротивление может сравняться с внутренним сопротивлением p-n перехода при прямом включении. В этом случае при обратном включении через эту ёмкость потечёт достаточно

большой обратный ток, и p-n переход потеряет свойство односторонней проводимости.

Вывод: чем меньше величина ёмкости p-n перехода, тем на болеевысоких частотах он может

работать.

На частотные свойства основное влияние оказывает барьерная ёмкость, т. к. диффузионная

ёмкость имеет место при прямом включении, когда внутреннее сопротивление p-n перехода

мало.

Пробой p-n перехода. Iобр = - Io

При увеличении обратного напряжения энергия электрического поля становится достаточной

для генерации носителей заряда. Это приводит к сильному увеличению обратного тока.

Явление сильного увеличения обратного тока при определённом обратном напряжении называется электрическим пробоем p-n перехода.

Электрический пробой – это обратимый пробой, т. е. при уменьшении обратного напряжения

p-n переход восстанавливает свойство односторонней проводимости. Если обратное напряжение не уменьшить, то полупроводник сильно нагреется за счёт теплового действия тока и p-n

переход сгорает. Такое явление называется тепловым пробоем p-n перехода. Тепловой пробой

необратим.

Переход Шоттки