Электронно-дырочный переход под обратным напряжением

На рис. 11, а приведена структура p-n перехода, к которому приложено внешнее напряжение плюсом к n-области, а минусом – к р-области. Такое напряжение, называется обратным , или запирающим для ЭДП, а ток, протекающий через переход, называется обратным током.

б

а

Рис. 11. Характеристики p-n перехода под обратным напряжением:

а – структура p-n перехода; б – распределение потенциала в p-n структуре.

Поле, создаваемое обратным напряжением, складывается с полем контактной разности потенциалов, и высота потенциального барьера в переходе увеличивается до .

Под воздействием возросшего, тормозящего для основных носителей, поля последние интенсивнее возвращаются в «свои» области, увеличивая дефицит свободных носителей заряда в p-n переходе. Это приводит к увеличению его электрического сопротивления.

Количество дырок и электронов, способных преодолеть увеличившийся потенциальный барьер, характеризуется выражениями

,

,

из которых следует, что число основных носителей, принимающих участие в образовании тока при обратном включении p-n перехода, экспоненциально убывает с ростом .

Основную же часть тока составляет дрейфовый ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, для которых возросшее электрическое поле является ускоряющим. Неосновные носители – дырки из n-области и электроны из р-области, подошедшие на расстояние диффузионной длины к p-n переходу, перебрасываются электрическим полем в соседние области, где эти носители становятся основными. Этот процесс называется экстракцией.

Результирующий ток обратно смещенного перехода равен

или

.

Последнее выражение является вольтамперной характеристикой обратно смещенного перехода. При обратном напряжении мВ, диффузионный ток прекращается, и обратный ток представляет собой ток неосновных носителей, величина которого не зависит от приложенного напряжения, а зависит только от типа полупроводника и концентрации неосновных носителей заряда

,

где – площадь p-n перехода.

Таким образом, общий вид вольтамперной характеристики p-n перехода определяется экспоненциальной функцией вида

.

Графический вид этой характеристики представлен на рис. 12 (характеристика 1). Из графика следует, что p-n переход представляет собой нелинейный элемент, обладающий выпрямляющими свойствами: величина тока при запирающем смещении оказывается меньше, чем при прямом.

Рис. 12. Вольтамперные характеристики идеального (1) и реального (2) p-n переходов.

Дата добавления: 2014-10-17