Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Смещение p-n перехода в прямом направлении




(прямое включение перехода).

=

Если к p-n переходу подключить внешнее напряжение Eвн, полярность которого противоположна полярности контактной разности Uк потенциалов, то такое включение называется прямым (n-область подключается к отрицательному полюсу Евн, а p-область - к положительному полюсу Евн). При таком включении в p-n переходе появляется дополнительное внешнее электрическое поле, уменьшающее его внутреннее поле. Суммарное поле Еε, действующее в переходе, будет определяться:

=

Под действием внешнего поля основные носители заряда будут двигаться к p-n переходу, уменьшая потенциальный барьер и ширину p-n перехода, которая будет определяться:

 

Появится приращение диффузионного тока, которое стало возможным благодаря увеличению энергии основных носителей заряда и уменьшению потенциального барьера. Это приведет к нарушению равновесию между диффузионными и дрейфовыми токами. С увеличением |Eвн| будет расти диффузионный ток.

При |Uк|=|Евн| толщина перехода стремится к нулю, т.к. внешнее напряжение почти полностью компенсирует Uк. При этом основные носители заряда начнут свободно диффундировать в области с противоположным типом электропроводности. Через переход потечет ток, который называется прямым:

, поскольку ,

То .

Процесс введения («нагнетания») носителей заряда через p-n переход в области, где они становятся неосновными носителями за счет уменьшения потенциального барьера, называется инжекцией.

В симметричных p-n переходах имеет место двухсторонняя инжекция. (Nn=Pp)

В несимметричных p-n переходах (Nd >> Na, Nn >> Pp; или Nd << Na, Pp >> Nn) концентрации основных носителей различаются на несколько порядков (-), поэтому концентрация инжектированных неосновных носителей будет гораздо выше в высокоомном слое, чем в низкоомном.

Инжектирующий слой с относительно малым удельным сопротивлением называется эмиттером; слой, в который инжектируются неосновные для него носители, называется базой. При прямом включении перехода электроны, перешедшие из n-области в p-область, перемещаются внутри этой области по причинам диффузии и дрейфа. Часть электронов при этом движении рекомбинирует с дырками p-области, а оставшаяся часть, захваченная полем внешнего источника, попадает на его положительный полюс, замыкая цепь.

Дырки, перешедшие из p-области в n-область, полностью рекомбинируют в n-области. Прямой ток Iпр через переход ограничивается омическим сопротивлением p- и n-областей и внутренним сопротивлением Евн, в результате чего Iпр может достичь значений, превышающих допустимые, что разрушит p-n переход. Для исключения этого, Iпр должен ограничиваться элементами, например, резисторами, включаемыми последовательно в цепь p-n перехода. Рассмотрим энергетические зонные диаграммы p-n перехода, находящегося в равновесном состоянии и смещенном в прямом направлении.

 

 

Диаграмма без смещения p-n перехода.

– квазипотенциал Ферми;

`n и `p – квазиуровни Ферми для неравновесного состояния.

 

Энергетическая диаграмма p-n перехода при прямом смещении.

 

В отсутствии термодинамического равновесия принято вводить две новые величины `n и `p, которые заменяют n и p. `n и `p – называют квазиуровнями Ферми электронов и дырок соответственно.

; - квазипотенциалы Ферми электронов и дырок.

Подача внешнего напряжения на p-n переход (прямого) приводит к смещению квазиуровней Ферми относительного равновесного положения. Если Евн>0, то эта величина вычитается из Uк и ширина обедненной области уменьшается.

При прямом напряжении на переходе ток диффузии основных носителей заряда I0=Iдиф увеличивается в exp(Евн/φТ) раз за счет снижения потенциального барьера и является функцией приложенного напряжения:
, где – ток, протекающий через p-n переход в равновесном состоянии в прямом направлении.

Дрейфовая составляющая тока при приложении внешнего прямого напряжения остается практически без изменений Iдр=const. Но поскольку в равновесном состоянии |Iдиф| = |Iдр|, то Iдр = -I0. Знак минус указывает на то, что этот ток течет навстречу диффузионному току.

Но поскольку Iпр есть разность между Iдиф и Iдр, то

Ток I0 называется тепловым током или обратным током насыщения. Его значения для определенного полупроводника (с заданной концентрацией) зависят только от температуры и не зависят от приложенного напряжения.

 

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-06; Просмотров: 1369; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.01 сек.