Р-n-переход при прямом смещении

При приложении к р-n-переходу внешней разности потенциалов или внешнего смещения происходит нарушение его равновесного состояния и изменение токов, протекающих через переход. Смещение, при котором плюс источника напряжения прикладывается к n-области, а минус к р-области, т.е. направление внешнего смещения V совпадает с направле-нием контактной разности потенциалов V_k, называется обратным. Смещение, противоположное по направлению V_k, называется прямым.

Приложим к р-n-переходу прямое смещение V, под действием которого уровень Ферми в n-области сместится вверх относительно уровня Ферми в р-области на величину qV и, соответственно, высоте потенциального барьера уменьшится на qV по сравнению с равновесным состоянием. Это приведет к увеличению потока основных носителей заряда по сравнению с равновесным состоянием, так как большее количество электронов из n-области будет переходить в р-область, и большее количество дырок из р-области – в n-область. Поток же неосновных носителей заряда останется неизменным (рис.3.4.а). В ре-зультате этого, например, n-области появятся дополнительные носители Δр, которые в первый момент вблизи контакта создадут положительный объемный заряд. Однако через очень короткое время этот заряд будет скомпенсирован объемным зарядом основных носителей – электронов, которые в количестве Δn будут подтянуты из глубины n-области, а в n-область электроны поступят из внешней цепи. Таким образом в приконтактной к р-n-переходу части n-области концентрация дырок будет повышена на величину Δр по сравнению с равновесным состоянием. Аналогично будет повышена на Δn концентрация электронов в приконтактной части р-области (рис.3.5). Для нахождения стационарных концентраций дырок рn = pno + Δр и электронов np = npo + Δn в (3.4) и (3.5) следует вместо Vk подставить значение Vk – V. Тогда

p_n = p_poexp[-q(V_k – V)/kT]; n_p = n_noexp[-q(V_k – V)/kT];

Отношения

p_n/p_no = exp(qV/kT); n_p/n_po = exp(qV/kT) (3.8)

показывают, что в смещенном в прямом направлении р-n-переходе кон-центрация неосновных носителей в приконтактной области возрастает в exp(qV/kT) раз, что связано с соответствующим увеличением плотности токов. Поэтому на основании (3.?) и (3.8) можно записать

= j_nsexp(qV/kT) = q(L_n/τ_n)n_poexp(qV/kT); (3.8)

= j_psexp(qV/kT) = q(L_p/τ_p)p_noexp(qV/kT). (3.10)

Так как плотности токов неосновных носителей j_ns и j_ps не зависят от величины потенциального барьера р-n-перехода, то полный ток, текущий через р-n-переход, будет равен уже не нулю, а

= q[(L_n/τ_n)n_po + (L_p/τ_p)p_no][exp(qV/kT) – 1] = j_s[exp(qv/kT) – 1], (3.11)

где j_s – плотность тока насыщения. Ток j^пр называют прямым, так как он отвечает внешней разности потенциалов V. Приложенной в прямом направлении.

Дата добавления: 2015-06-26