Полупроводниковые диоды. Прямое и обратное включение перехода. Диффузная и дрейфовая составляющие тока диодов

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n -перехода.

Дрейфовая составляющая тока возникает при действии внешнего электрического поля напряженностью Е на полупроводник.

Наряду с дрейфовой возникает диффузионная составляющая тока, которая является следствием теплового движения электронов.

При использовании p-n-перехода в реальных полупроводниковых приборах к нему может быть приложено внешнее напряжение. Величина и полярность этого напряжения определяют поведение перехода и проходящий через него электрической ток. Если положительный полюс источника питания подключается к p-области, а отрицательный ­— к n-области, то включение p-n-перехода называют прямым. При изменении указанной полярности включение p-n gерехода называют обратным.

При прямом включении p-n-перехода внешнее напряжение создает в переходе поле, которое противоположно по направлению внутреннему диффузионному полю. Напряженность результирующего поля падает, что сопровождается сужением запирающего слоя. В результате этого большое количество основных носителей зарядов получает возможность диффузионно переходить в соседнюю область (ток дрейфа при этом не изменяется, поскольку он зависит от количества неосновных носителей, появляющихся на границах перехода), т.е. через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном диффузионной составляющей. Диффузионный ток зависит от высоты потенциального барьера и по мере его снижения увеличивается экспоненциально.

Повышенная диффузия носителей зарядов через переход привод к повышению концентрации дырок в области n-типа и электронов в области p-типа. Такое повышение концентрации неосновных носителей вследствие влияния внешнего напряжения, приложенного к переходу, называется инжекцией неосновных носителей. Неравновесные неосновные носители диффундируют вглубь полупроводника и нарушают его электронейтральность. Восстановление нейтрального состояния полупроводника происходит за счет поступления носителей зарядов от внешнего источника. Это является причиной возникновения тока во внешней цепи, называемого прямым.

jдиф =

jдрейф при ослаблении = j_дрейф0

Напряжение до Uк (полностью открыт)

При включении p-n-перехода в обратном направлении внешнее обратное напряжение создает электрическое поле, совпадающее по направлению с диффузионным, что приводит к росту потенциального барьера и увеличению ширины запирающего слоя. Все это уменьшает диффузионные токи основных носителей. Для неосновных носителе поле в p-n-переходе остается ускоряющим, и поэтому дрейфовый ток не изменяется.

Таким образом, через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном током дрейфа неосновных носителей. Поскольку количество дрейфующих неосновных носителей не зависит от приложенного напряжения (оно влияет только на их скорость), то при увеличении обратного напряжения ток через переход стремиться к предельному значению IS, которое называется током насыщения. Чем больше концентрация примесей доноров и акцепторов, тем меньше ток насыщения, а с увеличением температуры ток насыщения растет по экспоненциальному закону.

jдиф

jдрейф jдрейф=const=j_{дрейф 0}

Напряжение может доходить до 1500 В. Зависит от назначения и технологии.

Меняя полярность, можем менять n-p переход. Тогда у нас получатся вентильные свойства: может быть закрыт, открыт, полуоткрыт.

Расскажем по-другому

Полупроводниковый диод – объём полупроводника с одним p-n-переходом и двумя выводами. Большинство диодов выполняются на основе несимметричных p-n-переходов. Одна из областей диода высоко легированная, называется эмиттер, другая слабо легированная – база. Несимметричный p-n-переход размещается в базе.

Обозначения полупроводника диода.

_{ЭМИТТЕР БАЗА}

_{АНОД КАТОД АНОД КАТОД}

P^{+ -} n

ВАХ идеального диода отличается от ВАХ p-n-перехода:

При прямом смещении необходимо учитывать объёмное сопротивление областей базы и эмиттера диода. Это приводит к тому, что ВАХ прямая ветвь смещается вправо и зависит линейно от приложенного напряжения. Обратная ветвь диода зависит от величины обратного напряжения, т.е. наблюдается рост обратного тока. Это объясняется:

1.Генерационно-рекомбинационными процессами в p-n-переходах.

2.Наличием тока утечки.

ВАХ реального диода: p-n диод

J=J₀(e^U-Jпр/φT-1)

R₀ – объёмное сопротивление базы эмиттера.

p-n

диод

Эквивалентная схема p-n перехода

1) при больших сигналах 2) при малых сигналах

(нелинейный характер) (линейный характер)

Rp-n дифференциальное сопротивление p-n перехода в рабочей точке.

Rp-n=ΔU/ΔJ

Uo=const

Влияние температуры на ВАХ диода.

С повышением температуры растёт число неосновных носителей, а следовательно и тепловой ток p-n-перехода J₀. Это влияет на прямую и обратную ветвь диода.

J_0бр(T)=I_(T0)2^(T-To)/T*

Прямая ветвь диода с повышением температуры смещается влево. Это смещение характеризуется температурным коэффициентом напряжения для диода ТКН=-2,3мв/с⁰.

Дата добавления: 2015-03-31