Перехід за наявності зовнішньої напруги

Оскільки область –переходу має найбільший опір, прикладена зовнішня напруга падає переважно на ньому, і саме його властивості визначають умови протікання струму через кристал.

Прямий струм. Прикладемо до –переходу, який знаходиться у стані рівноваги (рис.4а), зовнішню різницю потенціалів у прямому напрямку, тобто підключивши до – області позитивний полюс джерела живлення, а до – області – негативний (рис.4б). Ця різниця потенціалів викличе зниження висоти потенціального бар’єра до . Внаслідок цього потоки та збільшаться у разів, що приведе до збільшення у разів густин струмів основних носіїв заряду

(11)

Натомість густини струмів неосновних носіїв заряду та , величина яких не залежить від висоти потенціального бар’єру –переходу, залишаться без змін і будуть виражатися формулами (10).

Таким чином, повний струм , що протікає у – переході в прямому напрямку буде відмінний від нуля і становитиме

. (12)

Рис.4. Енергетична схема – переходу у стані рівноваги (а), при прямому (б) та зворотному (в) включенні.

Зворотний струм. Тепер прикладемо до –переходу, зовнішню різницю потенціалів у зворотному напрямку, тобто підключивши до – області негативний полюс джерела живлення, а до – області – позитивний (рис.4в). Ця різниця потенціалів викличе підвищення висоти потенціального бар’єра до , що приведе до зменшення у разів густин струмів основних носіїв заряду

(13)

Тоді густина повного зворотного струму через – перехід

. (14)

Вольт-амперна характеристика переходу

Об’єднавши вирази (12) і (14), отримаємо

, (15)

де , знак “+” відноситься до прямого напрямку включення – переходу, а знак “-“ – до зворотного. Співвідношення (15) являє собою рівняння вольт-амперної характеристики (ВАХ) – переходу, яке виражає кількісний зв’язок між густиною струму, що протікає через перехід, і різницею потенціалів, прикладеною до нього.

Проаналізуємо отриманий вираз. При прикладанні зовнішньої напруги у зворотньому напрямку із її збільшенням експонента у формулі (15) прямує до нуля, а . Абсолютну величину

(16)

називають густиною струму насичення. Практично це досягається при , тобто при напругах 0,1 В, оскільки при кімнатних температурах 0,025 еВ. Із (16) видно, що струм насичення визначається потоком через – перехід неосновних носіїв заряду та . Оскільки їх концентація невисока, то є невеликою величиною. Для германієвих – переходів ~10^-2 А/м², для кремнієвих це значення ще менше.

Згідно (15), при прикладанні зовнішньої напруги в прямому напрямку струм через – перехід зростає експоненціально, набагато перевищуючи зворотній струм. Наприклад, для 0,5 В

.

Т аким чином, – перехід має яскраво виражену однобічну (уніполярну) провідність, демонструючи високі випрямлюючі властивості, що використовується у діодах (рис.5).

Рис.5. ВАХ діода