Вольт-амперная характеристика р-п перехода

Основной характеристикой полупроводниковых диодов является вольт-амперная характеристика (ВАХ). ВАХ представляет собой зависимость тока во внешней цепи p-n перехода от значения и полярности прикладываемого к нему напряжения. Для идеального р-п перехода ВАХ описывается следующей зависимостью:

I – обратный тепловой ток

Q – заряд электрона

Т – температура

В прямом смещении ВАХ (u>0) реального диода (сплошная кривая) близка к экспоненциальной только в начале зависимости - участок AB, а далее рост тока при увеличении прямого напряжения замедляется и характеристика становится более пологой - участок АВ. Этот участок характеристики называют омическим, поскольку здесь оказывает влияние объемное сопротивление базы р-п перехода. Ток, протекая через г создает падение напряжения:

При этом внешнее напряжение не полностью падает на р-п переходе, а распределяется между ним и слоем базы. С учетом этого уравнения реальная ВАХ принимает вид

Таким образом, влияние объемного сопротивления базы на прямую ветвь ВАХ реального р-п перехода проявляется в виде смещения прямой ветви в сторону больших значений прямых напряжений. Поэтому, чем больше гв, тем положе идет прямая ветвь ВАХ реального перехода.

В области обратных напряжений можно пренебречь падением напряжения в объеме полупроводника, т.к. г, всегда много меньше сопротивления объемного заряда обратносмещенного перехода (за исключением области пробоя). Отличия реальной обратной ветви ВАХ (U<0) р-п перехода от идеальной состоят в следующем: обратный ток реальной ВАХ растет при увеличении обратного напряжения р-п перехода и имеет значение, не равное 1о. Данная зависимость приведена на рисунке (сплошная кривая). Это объясняется тем, что в реальном р-п переходе обратный ток содержит несколько составляющих:

Температурная зависимость ВАХ.

При увеличении температуры уменьшается контактная разность потенциалов, энергия основных носителей заряда возрастает, соответственно растет диффузионная составляющая тока и прямой ток увеличивается. Иначе говоря, при большей температуре р-п-перехода тот же прямой ток достигается при меньшем смещении.

Полупроводниковые диоды отличаются друг от друга материалом полупроводника. Наиболее часто в них используют германий или кремний. Вольт-амперные характеристики кремниевого и германиевого диодов представлены на рисунке. Главная причина отличия ВАХ р-п переходов - это различное значение ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов. Чтобы появился прямой ток, необходимо уменьшить величину потенциального барьера. Для этого на р-п переход нужно подать прямое напряжение, близкое к значению контактной разности потенциалов к. В р-п переходе на основе германия К = (0,3 - 0,4) В, в р-п переходе на основе кремния К = (0,6 - 0,8) В. Поэтому прямая ветвь ВАХ кремниевого р-п перехода относительно германиевого смещается вправо на (0,3 - 0,5) В.

Обратный ток кремниевого р-п перехода примерно на три - четыре порядка меньше обратного тока германиевого перехода и определяется током термогенерации, т.е дрейфовым током неосновных носителей, возникающих в результате тепловой генерации в самом р-п переходе. Iтг увеличивается с ростом обратного напряжения, так как происходит расширение р-п перехода.

Ток кремниевого р-п перехода имеет небольшое значение, по сравнению с обратным током германиевых р-п переходов.

При повышении температуры абсолютная величина изменения обратного тока в кремниевом диоде значительно меньше, чем в германиевом.

Литература:

1. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники: Учеб. пособие для вузов / — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004. — 488 с: ил. I.

2. Марголин В,И., Жабрев В.А., Тупик В.А. Физические основы микроэлектроники. - М.: Издательский центр "Академия", 2008. - 400 с.

3. Епифанов Г. И. Физические основы микроэлектроники. М.: «Советское радио», 1971, стр. 376.

Дата добавления: 2014-01-15