Физические основы работы полупроводниковых приборов, страница 4

Другим следствием уменьшения потенциального  барьера является изменение граничной  концентрации носителей заряда. Из-за инжекции неосновных носителей у границ запирающего слоя образуются их неравновесные избыточные концентрации  - дырок ризб в n- области (ризб>рn), а электронов nизб в р-области (nизб>nр) (рис.1.5,б). Вследствие возникновения градиентов концентрации у границы раздела дырки диффундируют от границы перехода вглубь n-области, где рекомбинируют с электронами, а электроны – из n- в р-область, рекомбинируя там с дырками. У внешних границ кристалла концентрации неосновных носителей равны их равновесным значениям. Избыточные концентрации неосновных носителей создают объемные заряды Qизб р в n-полупроводнике и Qизб n в р-полупроводнике. Для компенсации объемных избыточных зарядов от внешнего источника должны войти электроны в n-область с объемным зарядом Qn, а дырки – в р-область с объемным зарядом Qp, этом Qn=Qизб р, а Qp=Qизб n.  Таким образом, во внешней цепи будет протекать прямой ток Iпр.

1.5.Обратное включение р-n-перехода

При включении внешнего источника э.д.с. Uист к переходу в обратном направлении Uобр, т.е. минус источника к p-области, а плюс к n-области (рис.1.6,а), вектор напряженности Еист электрического поля источника совпадает по направлению с вектором напряженности Ек поля контактной разности потенциалов. Результирующее поле возрастает и высота потенциального барьера теперь равна ∆uk = uk + Uобр (рис.1.6,б). Вследствие этого диффузионное перемещение основных носителей через переход прекращается, т.е. Iдиф = 0. Для неосновных носителей, т.е. для дырок в n-области электронов в p-области, потенциальный барьер вообще отсутствует. Неосновные носители заряда будут втягиваться электрическим полем источника в p-n-переход и проходить через него в смежную область, создавая ток дрейфа.

Движение неосновных носителей через p-n-переход под действием ускоряющего поля, созданным внешним источником, называется экстракцией носителей заряда. В результате экстракции изменяется распределение носителей заряда в p-и n- областях. Уход неосновных носителей из объемов полупроводника, прилегающих к границам перехода, снижает концентрации носителей у этих границ до значений, близких к нулю, поэтому начинается диффузия неосновных носителей из глубин полупроводниковых областей к границам перехода. Во внешней цепи возникает ток, который называют обратным тепловым током р-n-перехода Iо.

Обратное включение р-n-перехода

Рисунок 1.6

 Этот ток мал из-за малой концентрации неосновных носителей заряда в прилегающих к р-n-переходу областях и, кроме того, сопротивление запирающего слоя при обратном напряжении очень велико поскольку ширина запирающего слоя р-n-перехода увеличивается

(1.3)

так как возрастает суммарная напряженность электрического поля в переходе и глубина его проникновения в прилегающие области.

Уже при сравнительно небольшом обратном напряжении обратный тое достигает почти постоянной величины, которую можно назвать током насыщения. Это объясняется тем, что количество неосновных носителей ограничено. С повышением температуры концентрация их возрастает и обратный ток увеличивается. Поэтому обратный ток часто  называют тепловым током проводимости.

1.6.  Вольт-амперная характеристика р-n-перехода

Зависимость тока электронно-дырочного перехода от приложенного напряжения называется вольт-амперной характеристикой р-n-перехода (рис.1.7).

При отсутствии внешнего напряжения на р-n-переходе  (равновесное состояние) диффузионный ток Iдиф равен тепловому току проводимости Iо.

Iдиф=Iо.

Эти токи направлены навстречу друг другу, поэтому полный ток р-n-перехода равен нулю Iпол=0.

При изменении внешнего напряжения, включенного в прямом направлении, диффузионный ток (Iпр) будет изменяться по экспоненте :

Iдиф= Iо× ехр (

Полный ток через р-n- переход равен:

Iпол= Iдиф – Iо = Iо (ехр - 1 )                 (1.4.).

Это уравнение вольт- амперной характеристики р-n-перехода (рис.1.7).

Рисунок 1.7.

Если Uпр = 0, то полный ток Iо = 0.