Электронно-дырочный переход при прямом напряжении

В предыдущей главе мы рассмотрели p-n-переход при отсутствии внешнего напряжения. Возьмем (мысленно) источник напряжения и подключим его к p-области плюсом, а к n-области - минусом. Такое напряжение, когда его полярность совпадает с полярностью основных носителей, называется прямым. Более конкретно показано на рисунке чуть ниже.

Рис. 1 - Электронно-дырочный переход при прямом напряжении

На этом и следующих рисунках потенциальная диаграмма (чуть ниже перехода) показана упрощенно. Электрическое поле, создаваемое в p-n-переходе прямым напряжением, действует навстречу полю контактной разности потенциалов. Это показано на рисунке векторами E_к и E_пр. Результирующее поле становится слабее, и разность потенциалов в переходе уменьшается, т. е. высота потенциального барьера понижается, возрастает диффузионный ток, так как большее число носителей может преодолеть пониженный барьер. Ток дрейфа при этом почти не изменяется, т. к. он зависит главным образом от числа неосновных носителей, попадающих за счет своих тепловых скоростей на p-n-переход из p- и n-областей. Если пренебречь падением напряжения на сопротивлении областей n и p, то напряжение на переходе можно считать равным U_к - U_пр. Для сравнения на рисунке 1 штриховой линией показана потенциальная диаграмма при отсутствии внешнего напряжения.

Как известно, в этом случае ток дрейфа и диффузионный ток компенсируют друг друга. При прямом напряжении диффузионный ток становится больше тока дрейфа и поэтому полный ток через переход, т. е. прямой ток, уже не равен нулю.

Если барьер значительно понижен, то i_диф>>i_др и можно считать, что i_пр ≈ i_диф, т. е. прямой ток в переходе является чисто диффузионным.

Введение носителей заряда через пониженный под действием прямого напряжения потенциальный барьер в область, где эти носители являются неосновными, называется инжекцией носителей заряда. Слово "инжекция" означает "введение, впрыскивание". Применение этого термина необходимо для того, чтобы отличать данное явление от электронной эмиссии, в результате которой получаются свободные электроны в вакууме или газе. Область полупроводникового прибора, из которой инжектируются носители, называется эмиттерной областью или эмиттером. А область, в которую инжектируются неосновные для этой области носители заряда, называется базовой или базой. Таким образом, если рассматривать инжекцию электронов, то n-область является эмиттером, а p-область - базой. Для инжекции дырок - наоборот.

При прямом напряжении не только уменьшается потенциальный барьер, но уменьшается толщина запирающего слоя (d_пр<d) и его сопротивление в прямом направлении становится малым (единицы-десятки Ом).

Поскольку высота барьера u_к при отсутствии внешнего напряжения составляет несколько десятых долей вольта, то для значительного понижения барьера и существенного уменьшения сопротивления запирающего слоя достаточно подвести к p-n-переходу такое же прямое напряжение (десятые доли вольта). Поэтому большой прямой ток можно получить при очень небольшом прямом напряжении.

Очевидно, что при некотором прямом напряжении можно вообще уничтожать потенциальный барьер в p-n-переходе. Тогда сопротивление перехода, т. е. запирающего слоя, станет близким к нулю и им можно будет пренебречь. Прямой ток в этом случае возрастет и будет зависеть только от сопротивления n- и p-области. Теперь уже этими сопротивлениями пренебрегать нельзя, т. к. именно они остаются в цепи и определяют силу тока.

Дата добавления: 2014-12-23