Лабораторная работа №1. Выпрямительный полупроводниковый диод

Выпрямительный полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод – это прибор на основе p-n-перехода. ВАХ идеального полупроводникового диода описывается выражением

где I₀—обратный ток или ток насыщения, е— заряд электрона, k — постоянная Больцмана, Т- температура кристалла по шкале Кельвина, U—приложенная к p-n-переходу раз­ность потенциалов.

Энергетическая диаграмма р-n-пере­хода без подачи внешнего напряжения дана на рис. 1-1, а. Уровень Ферми e_f расположен горизонтально, показывая, что средняя энергия в полупроводнике р и n-типа одинакова. Это обеспечивает отсутствие тока через p-n-переход без подачи внешнего напряжения. Вдали от p-n-перехода расположение энергетиче­ских зон относительно уровня Ферми строго фиксировано и определяется концентрацией примесей в p- и n-облас­тях, а также температурой кристалла.

Область р-n-перехода имеет повы­шенное сопротивление, так как обеднена основными носителями за­ряда. В приконтактной области су­ще­ствует не скомпенсированный основ­ными носителями объемный заряд ио­низированных атомов примесей. С этим объем­ным зарядом связано электрическое поле на р-n-переходе и кон­тактная разность потенциалов j_k. Контактное электрическое поле на пе­реходе искривляет границы зон. Контактная разность потен­циалов соз­дает барьер для основных носите­лей заряда, диффундирующих через p-n-переход. Неосновные носители заряда ускоря­ются электрическим полем контактной разности потенциа­лов. Та­ким образом, j_k уравновешивает диффузионный и дрейфовый по­токи через p-n-переход в отсутствие внешних напряжений.

Если n-область соединена с минусом источника питания, а р- об­ласть—с плюсом, такое включение диода называется прямым. В этом случае потенциальный барьер на контакте уменьшается на величину при­ложенной разности потенциалов U (рис. 1-1, б). При большом прямом напряжении |U|³j_k потенциальный барьер j_k компенсируется внешним напряжением, сопротивление приконтактного слоя падает; ток через пе­реход ограничен объемным со­противлением полупроводника базы (сла­болегированная область в диоде) и сопротивлением невыпрямляющих контактов диода. В этом случае ток линейно растет с ростом приложен­ного прямого напряжения. Если n-область соединена с плюсом источника пита­ния, а р-область—с минусом, включение диода называется обрат­ным. В этом случае потенциальный барьер возрастает на величи­ну при­ложенной разности потенциалов (рис. 1-1, в). Число основ­ных носителей, способных преодолеть потенциальный барьер на p-n-переходе экспонен­циально растет с уменьшением высоты барье­ра, поэтому ток через иде­альный переход экспоненциально зави­сит от приложенного напряжения.

Дата добавления: 2015-05-06