2.3. Електронно-дірковий перехід при зворотній напрузі

Н

Рис.2.3. Розподіл діркового та електронного струмів в n-p переході

ехай джерело зовнішньої напруги під’єднане додатним полюсом до області n, а від’ємним до області р (рис.2.4.а). Під дією такої зворотної напруги U_ЗВ через перехід протікає дуже невеликий зворотний струм I_зв, що пояснюється таким чином. Поле, що створюється зворотною напругою, додається до поля контактної різниці потенціалів. На рис.2.4.а) це показують однакові напрями векторів Е_к і Е_зв. Результуюче поле посилюється, і висота потенційного бар'єра тепер рівна U_к + U_зв (рис.2.4. б). Вже при невеликому підвищенні бар'єра дифузійне переміщення основних носіїв через перехід припиняється, тобто I_диф=0, оскільки власні швидкості носіїв недостатні для подолання бар'єра. А струм провідності залишається майже незмінним, оскільки він визначається головним чином числом неосновних носіїв, що надходять на n-р-перехід з n- і р-областей. Виведення неосновних носіїв через n-р-перехід прискорюючим електричним полем, яке створеним зворотною напругою, називають екстракцією носіїв заряду (слово “екстракція” означає “висмикування, витягання”).

Таким чином, зворотний струм i_зв є струмом провідності, який викликаний переміщенням неосновних носіїв. Зворотний струм є дуже незначним, оскільки неосновних носіїв мало і, крім того, опір збідненого шару при зворотній напрузі дуже великий. Дійсно, при підвищенні зворотної напруги поле в місці переходу стає сильнішим і під дією цього поля більше основних носіїв “виштовхується” з приграничних шарів в глибину n- і р-областей. Тому із збільшенням, зворотно] напруги збільшується не тільки висота потенціального бар'єра, але і товщина збідненого шару (d_ЗВ > d). Цей шар ще сильніше збіднюється носіями і його опір значно зростає, тобто R_ЗВ >>R_ПР.

В

Рис.2.4. Електронно-дірковий перехід при зворотній напрузі

же при порівняно невеликому значенні зворотної напруги зворотний струм стає практично незмінним. Це пояснюється тим, що число неосновних носіїв обмежене. З підвищенням температури концентрація їх зростає і зворотний струм збільшується, а зворотний опір зменшується.

Розглянемо детальніше, як встановлюється зворотний струм при ввімкненні зворотної напруги. Спочатку виникає перехідний процес, пов'язаний з переміщенням основних носіїв. Електрони в n-області рухаються у напрямку до додатного полюса джерела, тобто віддаляються від п-р-переходу. А в р-області, віддаляючись від n-р-переходу, рухаються дірки. Біля від’ємного електрода вони рекомбінують з електронами, які приходять з провідника, що з'єднує цей електрод з від’ємним полюсом джерела напруги.

Оскільки з n- області виходять електрони, вона заряджається додатно, крім того в ній залишаються додатно заряджені атоми донорних домішок. Подібно цьому р-область заряджається від’ємно, оскільки її дірки заповнюються електронами, які надходять і в ній залишаються від’ємно заряджені атоми акцепторних домішок.

Розглянуте переміщення основних носіїв в протилежні сторони продовжується лише малий проміжок часу. Такий короткочасний струм подібний зарядному струму конденсатора. По обидві сторони n-р-переходу виникають два різполярні об'ємні заряди, і вся система стає аналогічною зарядженому конденсатору з діелектриком, в якому є значний струм витоку (його роль відіграє зворотний струм). Але струм витоку конденсатора згідно із законом Ома пропорційний прикладеній напрузі, а зворотний струм n-р-переходу порівняно мало залежить від напруги.