Электронные полупроводниковые приборы, страница 4

                   I_n – I_{n др} + I_p – I_{p др} = 0                             (1.1)

Вольтамперная характеристика.

Электрические свойства p-n перехода определяются полярностью приложенного напряжения. Различают прямое и обратное включение p-n перехода. Под прямым включением понимается такое, при котором положительный потенциал источника подключен к полупроводнику с положительной проводимостью (типа–p), а отрицательный потенциал источника подключен к полупроводнику с отрицательной проводимостью (типа–n). Изменение полярности  подключения источника к p–n переходу приводит к обратному его включению. Рассмотрим электрические процессы в p–n переходе при прямом и обратном включении.

На рис 2.2,а показано прямое включение p–n перехода.

Рисунок 2.2 – Прямое включение (а) и В.А.Х. при прямом включении (б) p-n перехода

Рассмотрим электрические процессы при изменении приложенного прямого напряжения U_np от нулевого до некоторого значения. Прямое напряжение направлено встречно контактному Э.Д.С. Е_к.

Если U_np<E_k, то величина потенциального барьера уменьшается. Это приводит к переходу через p–n переход основных носителей, что вызывает ток через p–n переход и во внешней цепи. Следовательно,  увеличивается число основных носителей, проникающих через p–n переход, т. е. возрастает диффузионный ток p–n перехода и прямой ток будет равен разности диффузионного тока и дрейфового тока

I_np = I_диф – I_др > 0

Во внешней цепи появляется ток малой величины (рисунок 2.2,б; точка а). При уменьшении потенциального барьера уменьшается ширина запирающего слоя d и уменьшается его омическое сопротивление из-за увеличения в нём числа заряженных частиц.

Дальнейшее увеличение прямого напряжения приводит к устранению потенциального барьера и вызывает заметное увеличение числа основных носителей заряда, проходящих через p–n переход, а значит, увеличивается ток во внешней цепи. Исчезает (рассасывается) запирающий слой и теперь сопротивление p–n перехода определяется контактным сопротивлением двух полупроводников, которое равно около 0,5 Ом и омическим сопротивлением ПП (рисунок 2.2,б; точка б). В этом случае сопротивление всей цепи определяется сопротивлением полупроводниковой области каждого из полупроводников и, с учётом контактного сопротивления, равно 5*2+0,5=10,5 Ом. Учитывая, что контактное сопротивление имеет малое значение и его величиной обычно пренебрегают.

Дальнейшее увеличение прямого напряжения вызывает увеличение тока в цепи, значение которого определяется по закону Ома и зависит от величины U_np и величины омического сопротивления полупроводников (рисунок 2.2,б; участок б–в). График представленный на рисунке 2.2,б называется вольтамперной характеристикой p–n перехода при прямом включении.

При обратном включении p–n перехода (рисунок 2.3,а)  положительный потенциал источника подключается к полупроводнику с отрицательными основными

Рисунок 2.3 – Обратное включение (а) и В.А.Х. при обратном  включении (б) p-n                   перехода

носителями (проводимость типа–n), отрицательный потенциал источника подключается к полупроводнику с положительными основными носителями (проводимость типа–p). В этом случае направление контной Э.Д.С. (Е_к) и приложенного обратного напряжения (U_обр) совпадают. Величина потенциального барьера в зоне контакта полупроводников равна сумме этих напряжений. Увеличение U_обр от нулевого значения вызывает увеличение числа неосновных носителей, проходящих через p–n переход, что ведёт к некоторому увеличению обратного тока (рисунок 2.3,б; участок о–а). Не останавливаясь на подробностях физических процессов, следует отметить, что при обратном напряжении увеличивается  ширина запирающего слоя и его омическое сопротивление. На этом интервале большая часть неосновных носителей (которых на много меньше числа основных носителей) участвует в создании обратного тока. Дальнейшее увеличение обратного напряжения незначительно увеличивает обратный ток (рисунок 2.3,б; участок а–б). Последующее увеличение обратного напряжения вызывает внутреннюю электростатическую эмиссию (зенеровский пробой), т.е. срыв электронов с внешних орбит с последующей ударной ионизацией (лавинный пробой). В полупроводниках появляется большое число неосновных носителей, что ведёт к возрастанию обратного тока. Следствием его может быть разогрев полупроводника и его тепловой пробой (тепловое разрушение).