Полупроводниковый диод. В случае симметричного перехода при прямом или обратном включении источника внешнего напряжения соответственно диффузионный или дрейфовый токи

В случае симметричного перехода при прямом или обратном включении источника внешнего напряжения соответственно диффузионный или дрейфовый токи, состоящие из электронов и дырок, перемещающихся навстречу друг другу, будут равны, и ток во внешней цепи будет равен нулю. Поэтому в полупроводниковых приборах используют несимметричные p - n переходы. Для несимметричного p - n перехода характерно следующее соотношение концентраций основных носителей: p_p > n_n или p_p < n_n. За счет разницы концентраций основных носителей полупроводников p и n, в случае несимметричного перехода, диффузионный ток будет определяться соотношением концентраций основных носителей, дырками или электронами.

Принцип действия полупроводникового диода основан на несимметричном p - n переходе.

Вольтамперная характеристика диода описывается уравнением:

I_р-n = Iо (e ^еU/kT - 1) ,

где I_p-n - ток через p - n переход; Io - ток неосновных носителей через p - n

переход; U - напряжение, прикладываемое к p - n переходу; k - коэффициент Больцмана; T - температура p-n перехода; e - основание натурального логарифма; e (в показателе) - заряд электрона.

Вольтамперная характеристика полупроводникового диода показана на рисунке 10.4.

Рисунок 10.4

Из характеристики видно, что при прямом напряжении порядка десятых долей вольта возникает прямой ток (I_пр ) в десятки мА. Поэтому прямое сопротивление (R_пр) имеет величину не выше 10 Ом. Для более мощных диодов I_пр составляет сотни мА и больше при таком же малом напряжении, а R_пр соответственно снижается до единиц Ома и меньше.

При обратном напряжении до сотен вольт возникает обратный ток, составляющий десятки, сотни мкА, что соответствует обратному сопротивлению до сотен кОм. Участок характеристики для обратного тока, малого по сравнению с прямым током, обычно показывают в другом масштабе.

Характеристика I_пр = f (U_пр ) имеет в начале значительную нелинейность, так как при увеличении U_пр от нуля сопротивление запирающего слоя уменьшается по закону экспоненты. При дальнейшем увеличении U_пр запирающий слой исчезает и остаются только сопротивления объемов n и p областей, которые приближенно являются постоянными. Поэтому характеристика становится приблизительно линейной. Небольшая нелинейность объясняется тем, что при увеличении тока n и p области нагреваются и от этого их сопротивление уменьшается.

Обратный ток при увеличении обратного напряжения сначала быстро возрастает - это вызвано тем, что при небольшом U_обр за счет повышения потенциального барьера перехода резко снижается диффузионный ток, который направлен навстречу обратному току.

При повышении обратного напряжения обратный ток растет незначительно.

При дальнейшем повышении обратного напряжения происходит резкое увеличение обратного тока, это явление называется пробоем.

К параметрам диода относятся дифференциальное сопротивление R_д и сопротивление постоянному току Rо, которые определяются при постоянной температуре T:

R_д = ∆U_пр / ∆I_пр ; Rо = U_пр / I_пр

Условное обозначение диода на схеме -