Прямое и обратное включение p-n перехода.

В зависимости от полярности подводимого напряжения к p-n переходу рассмотрим 2 случая включения p-n перехода: 1) Прямое включение – это включение, когда внешние и внутренние поля направлены навстречу друг-другу. В этом случае результирующая поля будет равна разности E_внеш и E_внутр. E_рез = E_внеш -E_внутр и величина его уменьшается. P-n переход, как бы сужается, потенциальный барьер понижается, сопротивление p-n перехода уменьшается и в p-n переходе потечёт прямой ток, т.е. условия термодинамического равновесия будет нарушено. Переход основных носителей заряда через пониженный потенциальный барьер называется инжекцией. Величина прямого тока может достигать больших значений.

2 ) Обратное включение - это включение, когда внешние и внутренние поля направлены в одну сторону. Результирующая полей будет равна их сумме E_рез = E_внеш + E_внутр. Результирующая увеличивается и ,следовательно, ширина p-n перехода как бы расширяется, потенциальный барьер возрастает, сопротивление увеличивается, и основные носители заряда не могут преодолеть повышенный потенциальный барьер. Переход заперт, но через переход будет протекать небольшой по величине ток не основных носителей. Величина которого изменяется в мкА и обычно им пренебрегают и считается, что p-n переход имеет одностороннюю проводимость. Переход не основных носителей заряда через повышенный потенциальный барьер называется экстракцией.

Вольтамперная характеристика “p-n” перехода (вах).

ВАХ представляет собой зависимость тока от напряжения. В прямом направлении, при увеличении напряжения, ток растёт и может достигать больших значений (100-и А). При обратном включении, через “p-n” переход протекает незначительный по величине обратный ток, измеряемый в мкА. При превышении обратного допустимого напряжения в “p-n” переходе наступают пробои. Математически ВАХ можно описать следующим уравнением: I=I₀(e^eu\kТ-1) ,где е = 2,718; е в степени – заряд электрона, u – напряжение, Т - температура, I₀ – значение тока при н.у. Эта формула справедлива как для примых, так и для обратных напряжений.

Пробои “p-n” перехода.

Пробои “p-n” перехода бывают электрические и тепловые. Электрические пробои обратимы, тепловые – нет, т. е “p-n” переход теряет своё свойство 1 сторонней проводимости. Электрические пробои бывают лавинные и туннельные. Лавинные характерны для широких “p-n” переходов, в которых носители заряда, двигаясь по широкому “p-n” переходу, приобретают скорость и энергию, достаточную для выбивания вторичных электронов из кристаллической решётки, которые, в свою очередь, приобретают достаточную скорость для выбивания следующих электронов и процесс идёт лавинообразно. Туннельные пробои характерны для узких “p-n” переходов, в которых носители заряда просачиваются сквозь потенциальный барьер, как бы по туннелю. Тепловой пробой наступает как следствие электрических, в случаях недостаточного отвода тепла.

Температурные и частотные свойства “p-n” перехода.

При увеличении температуры в "p-n" переходе увеличивается концентрация пар электрон – дырка, что приводит к увеличению проводимости основных носителей заряда. В результате значения прямых и обратных токов возрастёт. Для германиевых приборов максимальная температура 90⁰С, для кремниевых 150⁰С. При увеличении частоты приложенного напряжения меняются свойства "p-n" перехода, т.к. любой "p-n" переход имеет собственную ёмкость. При обратном включении "p-n" перехода он обладает повышенным потенциальным барьером, и носители заряда, находятся как бы в глубине "p-n" перехода, а ёмкость прямопропорциональна площади "p-n" перехода. Ёмкость при обратном включении называется барьерной, а при прямом диффузионной. Полная ёмкость складывается из этих двух емкостей. При работе на высокой частоте емкостное сопротивление (Х_с=1\wc=1\2πfc) уменьшается и оказывает шунтирующее действие на сопротивление "p-n" перехода и, в результате, через запертый "p-n" переход потечёт ток и "p-n" переход теряет своё свойство 1 сторонней проводимости. Шунтировать – понижать, обходить.