2.3.4.1. Механизм установления обратного тока при приложении

к p-n-переходу обратного напряжения

В этом случае сначала возникает переходный процесс, связанный с движением основных носителей (электронов из n-области к положительному полюсу источника и дырок из p-области – к отрицательному), которые удаляются от ЭДП.

У отрицательного электрода дырки рекомбинируют с электронами, которые приходят из проводника, соединяющего этот электрод с отрицательным полюсом источника.

Так как из n-области уходят электроны, она заряжается положительно, p-область заряжается отрицательно, так как ее дырки заполняются приходящими электронами. Толщина запорного слоя l увеличивается.

Такое движение кратковременно, а ток подобен зарядному току конденсатора. Вся система представляет собой конденсатор с плохим диэлектриком, в котором есть ток утечки (его роль выполняет i_обр). Но ток утечки конденсатора в соответствие с законом Ома пропорционален приложенному напряжению, а обратный ток мало зависит от u_обр.

Изменение высоты потенциала барьера, при подаче на него напряжения и изменение ширины ЭДП часто называют “смещением перехода”.

3. Полупроводниковые диоды

3.1. Вольт-амперная характеристика (вах) диода

Полупроводниковым диодом называется прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами, в котором используются свойства ЭДП.

ВАХ любого прибора представляет собой зависимость между током, протекающим через прибор и приложенным напряжением.

Если сопротивление прибора постоянно, то связь между током и напряжением выражается по закону Ома:

. (3.1)

График зависимости i=f(u) называется вольт-амперной характеристикой. Для прибора, подчиняющегося закону Ома, ВАХ линейна. Приборы, имеющие такую зависимость – линейны.

Но существуют нелинейные приборы.

ЭДП представляет собой диод. Его нелинейные свойства видны из его ВАХ (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Вольт-амперная характеристика диода

Прямая и обратная ветви строятся в различных масштабах. Вследствие этого в кривой обратной ветви ВАХ в начале координат имеется излом. Характеристика для прямого тока вначале имеет значительную нелинейность, так как при увеличении u_пр сопротивление запирающего слоя уменьшается, поэтому кривая идет с все большей крутизной. Но при u_пр в несколько десятых долей вольта (при достижении U₀) запирающий слой практически исчезает и остается только сопротивление p-n-областей, которое приблизительно можно считать постоянным. Поэтому далее характеристика становится почти линейной. Небольшая нелинейность объясняется тем, что при увеличении тока p- и n-области нагреваются и от этого их сопротивление уменьшается.

Обратный ток при увеличении обратного напряжения резко возрастает. Это вызвано резким уменьшением тока диффузии i_диф вследствие повышения потенциального барьера.

Так как i_обр = i_др – i_диф, то его значение увеличивается.

Далее рост тока происходит незначительно за счет нагрева перехода током, за счет утечки по поверхности, а также за счет лавинного размножения зарядов, то есть увеличения числа носителей заряда вследствие ударной ионизации.

Это явление состоит в том, что при более высоком обратном напряжении электроны приобретают большую скорость и, ударяя в атомы кристаллической решетки, выбивают из них новые электроны и т.д. Такой процесс усиливается при увеличении обратного напряжения.

ВАХ диода может быть использована для определения его основных параметров. По прямой ветви можно определить U_пр при номинальном токе, по обратной ветви – U_{макс доп} и обратный ток I_обр при этом напряжении.