17. Свойства p-n-перехода при наличии внешнего напряжения.

Прямое включение p-n перехода

При подключении внешнего напряжения существенно изменяются характер токопрохождения и значение тока. Различают прямое и обратное включение.

При прямом включении поле, создаваемое внешним источником, направлено навстречу собственному полю p - n -перехода. Основные носители заряда приближаются к переходу и компенсируют заряд примесей. Ширина p - n -перехода уменьшается. Диффузионная составляющая тока становится больше дрейфовой и результирующий прямой ток через переход оказывается отличным то нуля:

I_пр = I_диф - I_др > 0.

По мере увеличения внешнего прямого напряжения прямой ток через переход может возрасти до весьма больших значений, так как он обусловлен главным образом движением основных носителей, концентрация которых в обеих областях велика.

Обратное включение p-n перехода

При обратном включении внешнее электрическое поле совпадает с полем p - n - перехода. Потенциальный барьер между p - и n -областью возрастает. Количество основных носителей, способных преодолеть действие результирующего поля, уменьшается. Соответственно уменьшается и ток диффузии основных носителей заряда. Под действием внешнего электрического поля основные носители будут оттягиваться от приконтактных слоев в глубь полупроводника. В результате ширина перехода увеличивается.

При обратном включении преобладающую роль играет дрейфовый ток, который имеет небольшую величину. Он создается движением неосновных носителей. Этот ток получил название обратного тока

I_обр = I_др – I_диф.

Величина обратного тока практически не зависит от внешнего обратного напряжения. Это объясняется тем, что в единицу времени количество генерируемых пар электрон-дырка при неизменной температуре остается постоянным.

18. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода.

Свойства электронно-дырочного перехода наглядно иллюстрируются его вольт- амперной характеристикой (ВАХ), показывающей зависимость тока через p - n - переход от величины и полярности приложенного напряжения. Аналитическое выражение ВАХ:

I = I_O {[exp[e*U/(k*T)] – 1},

где I₀ – обратный ток насыщения p - n -перехода, определяемый физическими свойствами полупроводникового материала;

е – заряд электрона;

U – напряжение, приложенное к p - n -переходу;

k – постоянная Больцмана;

Т – абсолютная температура p - n -перехода.

На ВАХ выделяют три участка:

I – прямая ветвь;

II – обратная ветвь;

III – участок пробоя (IIIа - электрический пробой, IIIб – тепловой пробой).

Увеличение обратного напряжения приводит к пробою p-n-перехода, при котором обратный ток резко увеличивается.

Различают два вида пробоя: электрический (обратимый) и тепловой (необратимый).

Электрический пробой происходит в результате внутренней электронной эмиссии (зенеровский пробой) и под действием ударной ионизации атомов полупроводника (лавинный пробой).

Тепловой пробой p - n -перехода происходит вследствие вырывания валентных электронов из связей в атомах при тепловых колебаниях кристаллической решетки. В результате увеличивается концентрация неосновных носителей заряда и рост обратного тока. Увеличение тока, в свою очередь, приводит к дальнейшему повышению температуры. Процесс нарастает лавинообразно.

Электрический и тепловой пробои p - n -перехода во многих случаях происходят одновременно. При чрезмерном разогреве переход необратимо выходит из строя. Если же при возникновении пробоя ток через p - n -переход ограничен, то пробой обратим. В этом случае можно управлять обратным током изменением внешнего напряжения, подводимого к переходу.