Электронно-дырочный переход при обратном напряжении

В предыдущей главе мы рассмотрели p-n-переход при прямом включении (если что, читать сюда). Теперь поменяем полярность на обратную. Подключим плюс источника питания к n-области, а минус - к p-области. Такое включение называется обратным.

Рис. 1 - Электронно-дырочный переход при обратном напряжении

Под действием обратного напряжения Uобр через переход протекает очень небольшой обратный ток iобр, что объясняется следующим образом. Поле, создаваемое обратным напряжением, складывается с полем контактной разности потенциалов. На рис. 1 это показывают одинаковые направления векторов Eк и Eобр. Результирующее поле усиливается, и высота потенциального барьера теперь равна Uк+Uобр. Уже при небольшом повышении барьера диффузионное перемещение основных носителей через переход прекращается, т. е. iдиф=0, т. к. собственные скорости носителей недостаточны для преодоление барьера. А ток проводимости остается практически неизменным, поскольку он определяется главным образом числом неосновных носителей, попадающих на p-n-переход из n- и p-областей. Выведение неосновных носителей через переход ускоряющим электрическим полем, созданным обратным напряжением, называют экстракцией носителей заряда (слово "экстракция" означает "выдергивание, извлечение").

Таким образом, обратный ток iобр представляет собой ток проводимости, вызванный перемещением неосновных носителей. Обратный ток получается очень небольшим, так как неосновных носителей мало и, кроме того, сопротивление запирающего слоя при обратном напряжении очень велико. Действительно, при повышении обратного напряжения поле в месте перехода становится сильнее и под действием этого поля больше основных носителей "выталкивается" из пограничных слоев вглубь из n- и p-областей. Поэтому с увеличением обратного напряжения увеличивается не только высота потенциального барьера, но и толщина запирающего слоя (dобр<d). Этот слой еще сильнее обедняется носителями, и его сопротивление значительно возрастает, т. е. Rобр>>Rпр.

Уже при сравнительно небольшом обратном напряжении обратный ток становится практически постоянным. Это связано с тем, что число неосновных носителей ограничено. С повышением температуры концентрация их возрастает и обратный ток увеличивается, а обратное сопротивление уменьшается.

Посмотрим, как устанавливается обратный ток при включении обратного напряжения. Сначала возникает переходный процесс, связанный с движением основных носителей. Электроны в n-области движутся по направлению к положительному полюсу источника, т. е. удаляются от p-n-перехода. А в p-области, удаляясь от перехода, движутся дырки. У отрицательного электрода они рекомбинируют с электронами, которые приходят из проводника, соединяющего этот электрод с отрицательным полюсом источника.

Поскольку из n-области уходят электроны, она заряжается положительно, так как в ней остаются положительно заряженные атомы донорной примеси. Подобно этому p-область заряжается отрицательно, т. к. дырки заполняются пришедшими электронами и в ней остаются отрицательно заряженные атомы акцепторной примеси. Рассмотренное движение основных носителей в противоположные стороны продолжается лишь малый промежуток времени. Такой кратковременный ток подобен зарядному току конденсатора. По обе стороны p-n-перехода возникают два разноименных объемных заряда, и вся система становится аналогичной заряженному конденсатору с диэлектриком, в котором имеется значительный ток утечки (его роль играет обратный ток). Но ток утечки конденсатора в соответствии с законом Ома пропорционален приложенному напряжению, а обратный ток p-n-перехода сравнительно мало зависит от напряжения.

Дата добавления: 2014-12-23