3. Прямое включение p–n-перехода

Прямым называется такое включение, при котором создаваемое внешним напряжением поле направлено против диффузионного поля (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Прямое включение p–n-перехода

В результате контактная разность потенциалов уменьшается, потенциальный барьер снижается, ток основных носителей заряда через переход увеличивается.

4. Обратное включение p–n-перехода

Обратное включение p–n-перехода характеризуется тем, что напряженность поля, создаваемого внешним напряжением, совпадает по направлению с напряженностью диффузионного поля (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Обратное включение p–n-перехода

В результате контактная разность потенциалов увеличивается, потенциальный барьер повышается, ток основных носителей заряда через переход уменьшается.

4. Вольт-амперная характеристика (вах) идеализированного p–n-перехода

Вольт-амперная характеристика p–n-перехода – это зависимость тока через переход от приложенного к нему напряжения.

Идеализация p–n-перехода заключается в принятии следующих допущений.

1. Прилегающие к переходу области p и n характеризуются нулевым удельным сопротивлением. Поэтому внешнее напряжение прикладывается непосредственно к p–n-переходу.

2. В области p–n-перехода отсутствуют процессы генерации и рекомбинации свободных носителей заряда. Тогда ток через переход в зависимости от приложенного к переходу внешнего напряжения U_внеш, т.е. вольт-амперную характеристику, можно описать формулой Шокли:

,

где I₀ – тепловой ток, который создается неосновными носителями заряда и зависит от трех факторов:

1. концентрации неосновных носителей заряда, обратно пропорциональной концентрации примесей;

2. ширины запрещенной зоны Чем больше тем мень- ше I₀;

3. температуры. С увеличением температуры растет скорость генерации носителей заряда и увеличивается их концентрация.

4. Зонная (энергетическая) диаграмма p–n-перехода

При U_внеш = 0. Состояние равновесия. Уровень Ферми имеет одно значение для всей структуры (рис. 3.4).

При U_внеш 0. Прямое включение p–n-перехода (рис. 3.5).

Рис. 3.4. Зонная диаграмма равновесного p–n-перехода

Рис. 3.5. Зонная диаграмма при прямом включении p-n-перехода

При U_внеш 0. Обратное включение p–n-перехода (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Зонная диаграмма при обратном включении p–n-перехода

4. Отличия вах реального и идеализированного p–n-переходов

Реальные p–n-переходы являются, как правило, несимметричными. При этом концентрация примеси в одной области превышает концентрацию примеси в другой. Область с большей концентрацией называется эмиттером, с меньшей – базой. Меньшая концентрация примесей означает меньшую электропроводность и большее удельное сопротивление. Поэтому в реальных p–n-переходах пренебрегать удельным сопротивлением базы нельзя. Эквивалентная схема реального p–n-перехода имеет вид (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Эквивалентная схема реального p–n-перехода

Вторым отличием реального p–n-перехода от идеализированного является наличие в обедненном слое процессов генерации и рекомбинации носителей заряда. Поэтому при обратном включении ток через переход не постоянен, а зависит от приложенного к переходу напряжения (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Отличие ВАХ реального p–n-перехода от идеализированного

Третье отличие заключается в присутствии явления пробоя при обратном включении p–n-перехода.