1.1.3. Вах р-n перехода
Вольт-амперная характеристика p–n-перехода – это зависимость тока через переход от приложенного к нему напряжения i=f(u).
Аналитически, при прямом и обратном смещении ВАХ записывают в виде
|
(5) |
,где m –зависит от материала полупроводника.
Для наглядности ВАХ представляют в виде графиков (рис.1.3).
Если прямую и обратную ветви строить в одном масштабе, то ВАХ p-n -перехода имеет вид, как показано на рис.1.3,б. Из рисунка четко видно, что p-n -переход обладает односторонней проводимостью, т. е. Iпр>>Iобр или Rпр<<Rобр
Для изучения особенностей прямой и обратной ветви ВАХ их строят в разных масштабах, например, по току масштабы отличаются в тысячу раз.
|
|
а |
б |
Рис.1.3. ВАХ p-n - перехода
Из графика видно, что прямая ветвь ВАХ диода на основе кремния смещена вправо, а его обратная ветвь имеет ток много меньше, чем ток диода из германия.
Дифференциальное сопротивление p-n - перехода при прямом смещении определяется из соотношения rдиф= т/I. Так, например, при I=1мА и т=25мВ rдиф=25Ом.
|
Рис.1.4. Пробой p-n перехода |
Пробой проявляется как резкое увеличение обратного тока р-n-перехода, когда обратное напряжение превышает определенное критическое значение Uпроб. (рис. 1.4). Различают два вида пробоя:
1. электрический – он обратимый т.е. он не приводит к разрушению р-n-перехода, и при снижении обратного напряжения р-n-переход восстанавливает свои свойства;
2. тепловой – он необратимый, приводит к разрушению р-n-перехода.
Электрический пробой диода возникает в результате воздействия сильного электрического поля в р-n-переходе (рис.1.4, кривая 1 и 2). Он может быть туннельным – кривая 2 или лавинным – кривая 1. Лавинный пробой – возникает за счет лавинного размножения неосновных носителей заряда путем ударной ионизации. Туннельный пробой – возникает за счет перехода электронов из связанного состояния в свободное, без сообщения им дополнительной энергии.
Нормальная работа диода в качестве элемента c односторонней проводимостью возможна лишь в режимах, когда обратное напряжение не превышает пробивного значения Uо6р mах.
Значение допустимого обратного напряжения устанавливается с учетом исключения возможности электрического пробоя и составляет (0,5 - 0,8) Uпроб.
1.1.5.Емкости p–n-перехода
Принято говорить об общей емкости диода Сд, измеренной между выводами диода при заданном напряжении смещения и частоте. Общая емкость диода равна сумме барьерной емкости Сбар, диффузионной емкости Сдиф .
Барьерная (зарядная) емкость обусловлена некомпенсированным объемным зарядом ионов примесей, сосредоточенными по обе стороны от границы р-n-перехода. С увеличением обратного напряжения барьерная емкость уменьшается, поскольку ширина р-n-перехода увеличивается.
Диффузионная емкость связана с накоплением в p-и n-областях неосновных носителей заряда при протекании прямого тока. Она зависит от прямого тока и времени жизни неосновных носителей заряда.
Значения диффузионной емкости могут иметь порядок от сотен до тысяч пикофарад.
При прямом напряжении емкость р-n-перехода определяется преимущественно диффузионной емкостью, а при обратном напряжении - барьерной емкостью.