Прямое включение р-n-перехода.

Если “+” источника напряжения подключить к области р-типа, а “ – “ к области n-типа, то получим включение, которое называется прямым включением.

Электрическое поле источника, напряженностью Е_u, направлено на встречу контактному полю напряженностью Е. Тогда результирующая напряженность выразиться:

Е_пр=Е-Е_u

Уменьшение напряженности электрического поля р-n-перехода вызывает понижение высоты потенциального барьера, назначение прямого напряжения Е_u (Е источника)

Уменьшение высоты потенциального барьера, приводит к тому что увеличивается число основных носителей заряда через р-n-переход, тоесть увеличивается диффузионный ток. Даже небольшое напряжение ,приложенное к р-n-переходу вызывает большой ток ,так как потенциальный барьер невелик (0.35 В для германия ;0.6 В для кремния)

В результате действия внешнего поля, в прямом направлении в область р-n-перехода происходит перераспределение концентрации носителей зарядов, дырки р-области и электроны n-области диффундируют в глубь р-n-перехода и рекомбинируют там. Ширина перехода при этом уменьшается, вследствие чего снижается сопротивление запирающего слоя.

Обратное включение р-n-перехода.

Электрическое поле источника напряженностью E_u, направлено в ту же сторону, что и контактное поле p-n-перехода, напряженностью E. Поэтому напряженность результирующего поля в переходе равна:

E_обр=E+E_u

Увеличение напряжения электрического поля в p-n-переходе повышает потенциальный барьер, назначение обратного напряжения источника. Это в свою очередь приводит к уменьшению числа основных носителей заряда, способных преодолеть потенциальный барьер, т.е. к снижению диффузионного тока.

Вольт-амперная характеристика р-n перехода.

Зависимость тока через p-n-переход, от приложенного к нему напряжения I=f(U), называется вольт-амперной характеристикой p-n-перехода.

Семейство вольт-амперных

характеристик:

Обратный ток, обычно, на несколько порядков меньше прямого, поэтому p-n-переход обладает свойством односторонней проводимости. При повышении температуры, прямой ток через p-n-переход, увеличивается, но так как он зависит от концентрации основных носителей заряда, которое растет незначительно, то это увеличение незначительно. На обратный ток повышение температуры влияет существенно, поскольку он зависит от концентрации неосновных носителей заряда, которое при повышении температуры экспотенциально возрастает.

Пробой р-n перехода.

Резкое возрастание обратного тока, возникающее даже при незначительном увеличении обратного напряжения сверх определенного значения называется пробоем р-n-перехода.

Инжекция - (впрыскивание) при прямом смещении потенциальный барьер понижается ,и через него основные носители заряда перемещаются в смежную область, где они являются неосновными.

Экстракция - под действием поля р-n-перехода не основные для данной области носители заряда, перемещаются через р-n-переход в соседнюю область. Процесс выведения неосновных носителей заряда, через переход, под воздействием поля этого перехода при подключении р-n-перехода к источнику внешнего напряжения, это называется экстракцией (извлечение).

Эмиттер - область, из которой инжектируются носители заряда (низкоомная область).

База - область, в которую инжектируются носители заряда, и где они являются неосновными (высокоомная область).

В полупроводниках из-за различной концентрации примесей, различная концентрация носителей заряда. Отсюда различают низкоомную и высокоомную области. Как правило, преобладает инжекция из низкоомной области называемая эмиттером, а высокоомная - базой.

Пробой может быть:

-электрическим - при котором р-n-переход не разрушается и сохраняет работоспособность.

-тепловым - при котором разрушается кристаллическая структура полупроводника.

Электрический пробой связан со значительным увеличением напряженности электрического поля в р-n-переходе.

Существует 2 типа электрического пробоя:

1)Туннельный пробой - наблюдается в полупроводниках с узким р-n-переходом (обеспечивается высокой концентрацией примеси), он связан с туннельным эффектом, это когда под воздействием очень сильного поля носители заряда могут переходить из одной области в другую без затрат энергии (туннелировать через р-n-переход). Туннельный пробой наблюдается при обратном напряжении в несколько Вольт (до 10 В).

2)Лавинный пробой - наблюдается в полупроводниках с широким р-n-переходом. В сильном электрическом поле может возникнуть ударная ионизация атомов р-n- перехода. Носители заряда на длине свободного пробега приобретают кинетическую энергию (в том случае если потенциальная энергия переходит в кинетическую), достаточную для того чтобы при столкновении с атомами кристаллической решетки полупроводника, выбить из ковалентной связи электроны. Образовавшаяся при этом пара электрон-дырка тоже принимает участие в ударной ионизации. Процесс нарастает лавинообразно и приводит к значительному увеличению обратного тока. Напряжение лавинного пробоя десятки и сотни Вольт

Тепловой пробой возникает тогда когда мощность, выделяемая в р-n-переходе, при прохождении через него обратного тока, превышает ту которую он может рассеять. Происходит значительный перегрев перехода, обратный ток, являющийся тепловым, резко возрастает, что приводит к еще большему перегреву перехода, происходит лавинообразное увеличение тока, в результате возникает тепловой пробой р-n-перехода.