Вольт-амперная характеристика р-n-перехода

Р-n-переход при обратном смещении

При приложении к р-n-переходу обратного смещения V < 0 потенциальный барьер перехода для основных носителей увеличивается на величину qV (рис.3.4.б). Это вызовет уменьшение в exp(qV/kT) раз потока основных носителей n_n→p и p_p→n и плотностей токов jnp и jpn, отвечающих этим потокам. По аналогии с (3.8) – (3.10) плотность полного тока через р-n –переход равна

j^об = j_s[exp(qV/kT) – 1]; (3.12)

этот ток называют обратным.

Объединяя (3.11) и (3.12) с учетом того, что прямому смещению соответствует V > 0, а обратному V< 0, получим

j = j_s[exp(qV/kT) – 1]. (3.13)

Соотношение (3.13) представляет собой уравнение вольт-амперной характеристики (ВАХ) р-n-перехода, выражающей количественную связь между плотностью тока, текущего через переход, и внешней разностью потенциалов, приложенной к переходу.

При приложении к переходу обратного смещения exp[-(qV/kT)] → 0, а exp[-(qV/kT)] – 1 → -1. Вследствие этого плотность обратного тока j^об стремится к предельному значению –q[(L_n/τ_n)n_p0 + (L_p/τ_p)p_n0] = - j_s. Практически оно достигается уже при qV ≈ 4 kT, т.е при V ≈ 0,1 В.

С учетом (3.1) выражение для j_s можно выразить в виде

j_s = q[(n_i²L_n/p_poτ_n) + (n_i²L_p/n_noτ_p)].

Видно, что j_s увеличивается с уменьшением концентрации основных носителей заряда, т.е. концентрации примеси, с уменьшением ширины запрещенной зоны полупроводника и повышением температуры, так как n_i~exp[-(ΔEg/2kT)]. Увеличение n_i с повышением температуры приводит к понижению V_k и при n_no ≈ p_po ≈ n_i согласно (3.3) – к исчезновению р-n-перехода. Эта температура тем выше, чем шире ΔEg полупроводника и чем сильнее он легирован примесью.

При приложении к р-n-переходу прямого смещения плотность тока через переход растет по экспоненте и уже при незначительных напряжениях достигает большой величины. На рис.3.6 показана ВАХ р-n-перехода, отвечающая уравнению (3.12) и построенная в разных масштабах для прямой и обратной ветвей, в противном случае график для j^об слился бы с осью абсцисс. Так при V = -0.5 В j^об≈ j_s; при V = 0,5 В j^пр≈ j_se²⁰. Отношение j^пр/j^об ≈ 5·10⁸, что свидетельствует о том, что р-n-переход обладает односторонней проводимостью, проявляет высокие выпрямляющие свойства.

Выпрямительные свойства р-n-перехода используются в полупроводниковых диодах, предназначенных для выпрямления переменного тока в схемах питания радиоаппаратуры, ограничения напряжения, в импульсных схемах и т.д.; р-n-переход является основой для изготовления биполярных транзисторов.

Дата добавления: 2015-06-26