- •1. Цель лабораторных работ
- •2. Физические процессы в электронно-дырочных переходах
- •2.1. Понятие и образование электронно-дырочного перехода
- •Диаграмма1
- •Диаграмма 5
- •2.2. Энергетическая диаграмма p-n перехода в равновесномсостоянии
- •2.3. Неравновесное состояние p-n перехода
- •2.3.1. Прямосмещенный p-n переход
- •2.3.2. Обратносмещенный p-n переход
- •2.4. Вольтамперная характеристика реального p-n перехода
- •2.4.1. Прямая ветвь вах реального p-n перехода
- •Для оценки влияния температуры вводится
- •2.4.2. Обратная ветвь вах реального p-n перехода
- •3. Виды пробоев p-n перехода
- •3.1. Общая характеристика пробоя p-n перехода
- •3.2. Тепловой пробой p-n перехода
- •3.3. Полевой пробой
- •3.4. Лавинный пробой
- •4. Схемы экспериментальных исследований
- •5. Лабораторные задания
- •5.1. Лабораторное задание n 1: Исследование характеристик и параметров электронно-дырочных переходов
- •5.2. Обработка результатов эксперимента
- •5.3. Лабораторное задание №2: Исследование характеристик и параметров электрических пробоев в электронно-дырочных переходах
- •5.4. Обработка экспериментальных результатов
- •6. Содержание отчета
- •7. Вопросы для самопроверки
- •8. Библиографический список
- •Министерство образования российской федерации
2.3.2. Обратносмещенный p-n переход
Если к p-области подключить отрицательный полюс внешнего источника напряжения, а к n-области - положительный, то такое включение p-n перехода получило название обратного смещения p-n перехода. Схема включения p-n перехода представлена на рис.6.
Под действием обратного напряжения Uобр основные носители заряда будут перемещаться от границ p-n перехода вглубь областей. При этом ширина
p-n перехода увеличивается, что хорошо демонстрируется потенциальной диаграммой рис.6.
Рис.6. Схема включения p-nперехода при обратном смещении и потенциальная диаграммаp-nперехода
На рис.6 обозначено: lо- ширина p-n перехода в равновесном состоянии, определяемая по зависимости 1 - распределение потенциалов в равновесном состоянии p-n перехода;lобр- ширина p-n перехода при обратном смещении, определяемая по зависимости 2 - потенциальная диаграмма при обратном смещении p-n перехода ;к- высота потенциального барьера в равновесном состоянии p-n перехода; (к+Uобр) - высота потенциального барьера при обратном смещении p-n перехода.
Ширина обратносмещенного p-n перехода определяется по формуле:
.
Приближенная запись для lоброправдана, так какUобр>>к. Из формулы дляlобрвидно, что p-n переход расширяется нелинейно с увеличением приложенного напряжения Uобр: вначале более быстро, затем расширение p-n перехода замедляется.
При подаче Uобр увеличивается потенциальный барьер, так как напряженность внешнего электрического поля Eвн совпадает с направлением напряженности внутреннего электрического поля Eк, уменьшается число основных носителей заряда способных его преодолеть и ток диффузии уменьшается. Уже при Uобр=(0,10,2) В ток диффузии становится равным нулю, а через p-n переход протекает только ток неосновных носителей заряда, образующих дрейфовую составляющую тока.
В результате действия обратного напряжения снижается концентрация неосновных носителей заряда у границ p-n перехода и появляется их градиент концентрации. Возникает диффузия неосновных носителей заряда к границам p-n перехода, где они подхватываются электрическим полем p-n перехода и переносятся через p-n переход. Это поясняется диаграммой рапределения концентраций основных и неосновных носителей заряда в областях p-n перехода, приведенной на рис.7, на котором обозначено Ln, Lp- длина диффузии электронов и дырок.
Рис.7. Распределение концентраций носителей заряда в обратносмещенном p-nпереходе
Как показано на рис.7, концентрация неосновных носителей заряда на границах p-n перехода практически падает до нуля. Снижение концентраций неосновных носителей заряда у границ p-n перехода, появление градиента их концентрации и диффузия неосновных носителей заряда к p-n переходу характеризуется экстракцией.
Экстракциейназывается извлечение неосновных носителей заряда из областей, примыкающих к p-n переходу, под действием ускоряющего электрического поля.
Энергетическая диаграмма обратносмещенного p-n перехода приведена на рис.8.
Рис.8. Энергетическая диаграмма обратносмещенногоp-nперехода
Уровень Ферми в n-области опускается вниз на величину обратного напряжения. Обратный ток включает дрейфовую составляющую и равен:
.
С учетом принятых допущений имеем pn>>npи iEp>>iEn, а, следовательно, можно приближенно записать.