Прямое включение внешнего источника электропитания к электронно-дырочному переходу.

Пусть к электронно-дырочному переходу подключен внешний источник постоянного электропитания напряжением U. Полагаем также, что сопротивление контактного слоя значительно превосходит сопротивление контактирующих полупроводников. Это позволяет считать, что все внешнее электрическое поле приложено непосредственно к контактному слою. Если полярность внешнего источника такова, чтовнешнее поле направлено противоположно электрическому полю контакта, то такое включение называютпрямым включением.

При прямом включении потенциальный барьер на переходе уменьшается до величины .

В результате понижения потенциального барьера и наличия в области контакта градиента концентрации основныхносителей, электрическая нейтральность контактного слоя нарушается () и через переход будет протекатьдиффузионный ток основных носителей – дырок из-области в-область и электронов из-области в-область.

Процесс движения основных носителей через переход в ту область, где они являются не основными, получил название инжекции неосновных носителей.

Область полупроводника, являющаяся источником неосновныхи ее назначение инжекция носителей, получила названиеэмиттера, а область,принимающая неосновные для нее носители– получила названиебазы.

Уменьшению потенциального барьера соответствует уменьшение ширины запирающего слоя (см выражение для ширины запирающего слоя)

Уменьшение потенциального барьера и уменьшение сопротивления контактного слоя позволяет получить большие значения прямого тока при очень малых значениях прямого напряжения (несколько десятых вольта). Очевидно, что при некотором прямом напряжении можно вообще уничтожить потенциальный барьер. В данном случае сопротивление прямому току будет определяться сопротивлением тела полупроводника.

Вследствие диффузии основных носителей к приконтактном слое образуется неравновесная концентрация неосновных носителей – дырок в -области и электронов в-области. Эти носители могут подхватываться внешним полем и перемещаться через переход создавая ток дрейфа. Направления диффузионного тока и тока дрейфа через переход противоположны по направлению, результирующий ток через переход запишем

.

При больших значениях прямого напряжения ток диффузии значительно больше тока дрейфа и последним можно пренебречь. Следствием этих процессов является возрастание прямого тока при увеличении прямого напряжения (при больших значениях - по экспоненциальному закону).

Обратное включение внешнего источника напряжения.

Потенциальный барьер на переходе возрастает до величины . Основные заряды для каждой из контактирующих областей полупроводника под действием поля перемещаются от контакта вглубь соответствующих областей. В области контакта возникает пониженная концентрация неосновных носителей.

Воздействие суммарного электрического поля также приводит к нарушению электрического равновесия в контакте ( условие электрической нейтральности ).

Наличие градиента неосновных носителй вызовет их движение из толщи полупроводника в область контакта, тем самым образуется диффузионный ток неосновных носителей. Данный процесс получил название экстракции неосновных носителейзаряда.

В результате через переход течет ток, обязанный перемещению (диффузии) через переход неосновных носителей:

дырокиз-области в-область

электроновиз-области в-область и электронов.

Увеличение величины потенциального барьера приводит к увеличению ширины запирающего слоя (см. формулу для ширины потенциального барьера - подстановка )

При увеличении внешнего запирающего напряжения на переходе возрастает напряженность электрического поля. Однако ток через переход практически не изменяется, так как обратный ток через переход обязан диффузии неосновных носителей, вызванной градиентом их концентрации. Градиент концентрации никак не зависит от ширины запирающего слоя и электрического поля, он определяется только концентрацией неосновных носителей в соответствующих областях.

Поэтому ток, текущий через контакт при обратном включении внешнего источник, называется обратным током насыщения .

Величина обратного тока насыщения может возрасти лишь при увеличении концентрации неосновных носителей, что возможно при увеличении температуры. Поэтому обратный ток также называют тепловым током.