2.4. Вольтамперная характеристика реального p-n перехода

2.4.1. Прямая ветвь вах реального p-n перехода

Под прямой ветвью ВАХ реального p-n перехода понимается зависимость прямого тока перехода от величины прямого напряжения: Iпр=f(Uпр), которая описывается выражением:

и должна быть экспоненциальной как показано пунктиром на рис.9, на котором сплошной линией изображена прямая ветвь ВАХ реального p-n перехода.

На прямую ветвь ВАХ реального p-n перехода оказывают влияние: материал полупроводника, используемый для изготовления p-n перехода; сопротивление базы p-n перехода; температура окружающей среды.

Характеристика близка к экспоненциальной только в начале зависимости - участок ОА ВАХ, а далее рост тока при увеличении прямого напряжения замедляется и характеристика становится более пологой - участок АВ ВАХ. Этот участок характеристики называют омическим, поскольку здесь оказывает влияние объемное сопротивление базы r_Бp-n перехода. Ток, протекая через r_Б, создает падение напряжения:

,

с учетом которого уравнение ВАХ принимает вид:

.

Объемное сопротивление базы находится по формуле ,

где _Б- удельное электрическое сопротивление полупроводника области базы; W_Б- ширина базы; S - площадь сечения базы.

Рис.9. Прямая ветвь ВАХ p-nперехода: 1 – идеальныйp-nпереход; 2 – реальныйp-nпереход

Влияние объемного сопротивления базы на прямую ветвь ВАХ реального p-n перехода проявляется в виде смещения прямой ветви в сторону больших

значений прямых напряжений. Поэтому, чем больше r_Б, тем положе идет прямая

ветвь ВАХ реального p-n перехода, как и отмечено на рис.9. Как правило, p-n

переходы с большими значениями r_Б выполняются для повышения высоко-вольтности, то есть для увеличения допустимого рабочего обратного напряжения на p-n переходе.

Даже при одинаковых условиях: одинаковая концентрация примесей; постоянная температура окружающей среды, ВАХ p-n переходов, выполненных из разных полупроводниковых материалов, различны. Главная причина этого отличия - различное значение ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов. Чтобы появился прямой ток, необходимо уменьшить величину потенциального барьера. Для этого на p-n переход нужно подать прямое напряжение, близкое к значению контактной разности потенциалов. В p-n переходе на основе германия _к=0,30,4 В, в p-n переходе на основе кремния_к=0,60,8 В, а в p-n переходе на основе арсенида галлия_к=1,01,2 В, поэтомупрямая ветвь ВАХ кремниевого p-n перехода относительно германиевого смещается вправо на (0,30,5) В, а в p-n переходе на основе арсенида галлия это смещение ВАХ происходит еще больше.

С увеличением температуры окружающей среды растет прямой ток p-n перехода. Выражение для прямого тока можно записать в виде:

.

Отсюда следует, что при увеличении температуры показатель степени экспоненты уменьшается, но ток I_орастет быстрее, как отмечалось он удваивается при увеличении температуры на каждые 10С, и, используя выражение для I_о, можно записать выражение для прямого тока в виде:

.

Влияние температуры на прямую ветвь ВАХ реального p-n перехода представлено на рис.10.