Определение свойств p-n перехода при приложенном напряжении

Когда к p-n переходу приложено напряжение, равновесие в нем нарушается и в цепи течет ток. При прямом включении («-» приложен к n-части, «+» – к p-части) внешнее поле направлено против поля объемного заряда, и величина потенциального барьера снижается на величину приложенной разницы потенциалов. При обратном включении («+» приложен к n-части, «-» –к p-части) потенциальный барьер увеличивается. Ширина обедненного слоя p-n перехода при приложении прямого напряжения уменьшается, а обратного – растет.

Как мы уже видели в части 2.1 обедненный слой p-n перехода обладает гораздо большим сопротивлением, чем сопредельные области, при этом в нем сосредоточено электрическое поле. Можно рассматривать обедненный слой как диэлектрик между обкладками конденсатора. Таким образом, p-n переход обладает емкостью, которую называют барьерной. Барьерная емкость резкого p-n перехода можно рассчитать по формуле:

(2.7)

Видно, что величиной емкости можно управлять, изменяя приложенное напряжение. На основе этого явления созданы приборы – варикапы. Варикап – это управляемый конденсатор, представляющий собой диод, включенный в обратном направлении, его номинальная емкость обеспечивается подбором площади p-n перехода S.

ЗАДАЧА 2.3

Найдите значение барьерной емкости симметричного p-n перехода в германии при комнатной температуре при прямом напряжении 0,3 В и обратном напряжении 20 В. Концентрации носителей в обеих областях 10¹⁵ см^-3, площадь контакта 1 см².

Дано:

Варикап из Ge.

Площадь контакта S = 1 см².

Т = 300 К

N_a = N_d = 10¹⁵ см^-3

U_1пр = 0,1 В

U_2обр = -50 В

Найти:

, .

Решение:

Чтобы найти барьерные емкости по формуле (2.7), сначала определим контактную разность потенциалов. Так как при 300 К в германии n_i=2,3·10¹³ см^-3, что значительно меньше концентрации примесей в обеих частях диода, то воспользуемся формулой (2.3):

= 0,20 В.

Таким образом, барьерная емкость при прямом смешении равна (все значения подставим в одних единицах, в метрах):

= 2,4·10^-8 Ф = 2,4·10⁴ пФ.

При обратном смешении:

1,1·10^-9 Ф = 1,1·10³ пФ.

Ответ:

, .