Прямое смещение p-n перехода.

Изменим полярность подключения внешнего источника на обратную, как показано на рисунке. При этом основные носители заряда будут подтягиваться к области объёмного заряда, частично компенсируя его в зависимости от приложенного напряжения. Это приведёт к уменьшению объёмного заряда в переходе, а следовательно к снижению потенциального барьера, высота которого будет равна

φ_к = φ_{к 0} - U.

П оэтому большее число основных носителей заряда,

обладающих достаточной энергией, будут в состоянии преодолеть потенциальный барьер и перейти в смежную область. Диффузионный ток увеличится по сравнению с равновесным значением, а дрейфовая составляющая не меняется, т.к. для неосновных носителей поле объёмного заряда по прежнему является ускоряющим. По мере увеличения напряжения диффузионный ток растёт и может достигать весьма больших значений, т.к. он обусловлен током основных носителей, концентрация которых, при высокой степени легирования может быть весьма большой. Такое смещение p-n перехода называется

прямым, а соответствующий ему ток – прямым током p-n перехода.

Отношение прямого тока к обратному может достигать сотен тысяч – нескольких миллионов.

Это позволяет говорить об односторенней проводимости p-n перехода.

Ширина p-n перехода, при смещении его постоянным напряжением, определяется из его выражения для равновесного значения, подстановкой вместо φ_к0 значения φ_к = φ_к0 –U .

О тсюда видно, что ширина перехода сужается при прямом смещении U>0 и расширяется при обратном смещении U<0.

Граничные концентрации неравновесных неосновных носителей заряда.

Инжекция и экстракция носителей заряда.

Смещение p-n перехода приводит к изменению граничных концентраций неосновных носителей заряда по обе его стороны. Под граничной концентрацией носителей имеется ввиду их концентрация на границе объёмного заряда с основной p или n – областью.

Потенцируя полученное ранее выражение

для контактной разности потенциалов,

в общем случае для неравновесного состояния, можем записать:

а для равновесного состояния:

Т огда:

И з этих выражений для перехода в неравновесном состоянии следует, что при прямом смещении U>0 происходит увеличение концентрации неравновесных носителей на границах перехода по сравнению с равновесными значениями т.е. n_p > n_p0, и p_n > p_n0. Такое принудительное введение избыточных носителей (впрыскивание) носит название инжекции. При обратном смещении U<0 происходит уменьшение граничных концентраций по сравнению с равновесной т.е n_p < n_p0, и p_n < p_n0. Такой принудительный отбор (отсос) носителей называется экстракцией. Величины избыточных граничных концентраций Δn_p и Δp_n можно получить вычитая равновесные концентрации из неравновесных. Поделив эти выражения, получим:

В симметричных переходах инжекция носит двусторонний характер, а в несимметричных - преимущественно односторонний. В этом случае, область с высокой степенью легирования, т.е. более низкоомную, называют эмиттером, а высокоомную, с меньшей степенью легирования, - базой.