Влияние прямого и обратного напряжения

Если приложить к кристаллу, в котором создан р-п переход, разность потенциалов от постороннего источника, то равновесие токов в переходном слое нарушится и через слой начнет протекать ток. Рассмотрим сначала случай, ко­гда р-область соединили с минусом внешнего источника, а п-область – с плюсом (рис. 19.10). Поскольку переходный слой обеднен носителями тока, его сопротивление во много раз превышает сопротивление остальной части кристалла. Поэтому почти все напряжение источника будет приложено к этому слою (подобно тому, как все напряжение штеп­сельной розетки оказывается приложенным к лампе, а не к соединительным проводам). Таким образом, в переходном слое возникнет добавочное поле, направленное туда же, ку­да было направлено первоначальное поле. Разность, потен­циалов между р- и п-областями возрастет (рис. 19.11), и ос­новным носителям станет труднее преодолевать повышен­ный потенциальный барьер. Поэтому ток основных носите­лей уменьшится. Чем больше приложенное извне напряжение, тем меньше будет этот ток, и если приложен­ное напряжение достаточно велико, то этот ток полностью прекратится.

Рис. 19.10   Рис. 19.11

Что же касается неосновных носителей, то скорость пе­реброски попавших в переходный слой частиц увеличится, но ток неосновных носителей от этого не изменится. Дело в том, что число ежесекундно подходящих к границе перехо­да неосновных носителей не изменится, так как оно опре­деляется числом нарождающихся в каждой области пар (электронов и дырок), а это число зависит только от темпе­ратуры.

Кто этого не понял, пусть представит, что к вершине склона ежеминутно прибывают двадцать санок, которые затем скатываются вниз. Если склон сделать круче и длиннее, то скорость санок в конце спуска возрастет, но число санок, ежеминутно прибывающих к под­ножию склона, останется прежним.

Итак, в результате приложенного извне напряжения ба­ланс токов в переходе нарушится в пользу неосновного то­ка. Ток этот ничтожно мал, и в подавляющем большинстве случаев им пренебрегают. То направление внешнего напря­жения, при котором ток пренебрежимо мал, называют об­ратным. Зависимость обратного тока от внешнего напряже­ния показана на левой части рис. 19.12 (обратите внимание, что масштаб тока в левой части графика в тысячу раз круп­нее, чем в правой части).

Рис. 19.12

Если р-область соединить с плюсом источника, а п-область – с минусом (рис. 19.13), то поле, созданное ис­точником в переходном слое, будет направлено «наперекор» первоначальному, так что поле там станет слабее, чем было. Разность потенциалов между границами перехода при этом уменьшится (рис. 19.14). Ток неосновных носителей при этом практически не изменится (так как все неосновные носите­ли, добравшиеся в результате теплового движения «из тыла» до границы перехода, по-прежнему подхватываются полем и переносятся через переход). В то же время число основных носителей, способных преодолевать понизившийся потен­циальный барьер, резко возрастает (рис. 19.12, правая часть).

Рис. 19.13 Рис. 19.14

Это направление называют прямым. Прямой ток в ты­сячи раз превышает обрат­ный, поэтому можно счи­тать, что кристалл с элек­тронно-дырочным переходом обладает односторонней проводимостью: он хорошо пропускает ток в одну сто­рону и почти не пропускает тока в обратном направле­нии. При этом прямым явля­ется то направление, когда к р-области подведен плюс внешнего напряжения. Это удобно запомнить как пра­вило трех П:

р – плюс – прямое.

СТОП! Решите самостоятельно: А5–А7, В9–В12.