Переключение из прямого направления в обратное. Пробой pn перехода

Момент прекращения импульса тока не означает выключения диода. Даже после прекращения тока (например, при разрыве цепи) диод в течение некоторого времени остается во включенном состоянии: его сопротивление будет низким и на нем будет сохраняться положительное напряжение (моменты 5, 6 на рис. 32). Объясняется это тем, что после прекращения тока инжектированные носители в течение некоторого времени будут находиться вблизи pn перехода и до тех пор, пока они не исчезнут за счет рекомбинации, высота барьера будет понижена и pn переход будет смещен в положительном направлении см. формулу (76). Смещение будет уменьшаться по мере снижения граничной концентрации носителей заряда (рис 34). Кривая 4 на рис. 34 соответствует току, протекающему через диод в прямом направлении, кривые 3, 4 соответствуют моментам перехода из включенного в выключенное состояние, причем, поскольку ток через барьер отсутствует, градиент на границе равен нулю. Только после того, как граничная концентрация достигнет равновесного значения pn0, напряжение на переходе станет равным нулю. Можно считать, что диод полностью перешел в выключенное состояние только после того, как в p и n областях исчезнут инжектированные носители и установятся равновесные концентрации n_p0 и p_no соответственно.

Рис. 34. Распределение инжектированных носителей заряда в различные моменты времени (см. рис. 32) при выключении диода.

Переключение из прямого направления в обратное.

 Рассмотрим случай, когда происходит переключение диода из прямого направления в обратное (рис. 35), при этом обратное напряжение может превышать прямое в сотни раз. На рис. 36 показано распределение носителей в n базе диода в различные моменты времени. Кривая 0 соответствует исходному стационарному распределению носителей заряда, когда диод находится в стационарном состоянии, соответствующим прямому включению. Кривая 6 соответствует конечному стационарному распределению носителей заряда, когда диод включен в обратном направлении. Переходные процессы должны обеспечить изменение распределения носителей от начального (0) к конечному (6).

Рис. 35. Форма сигналов, характеризующих переходные процессы в диоде при переключении его из прямого направления в обратное: а) Напряжение от импульсного генератора, б) напряжение на pn переходе, в) ток через диод

 После мгновенного изменения полярности напряжения на диоде, поступление дырок из p области прекращается и на границе с областью пространственного заряда возникает ступенчатое распределение инжектированных дырок с градиентом, направленным в обратную сторону - пунктирная линия на рис. 36. Такому ступенчатому градиенту должен соответствовать бесконечный разрядный ток, направленный в обратном направлении. Поскольку любая реальная электрическая цепь обладает конечным сопротивлением R, то максимально возможный ток в цепи будет Im = U/R, где U - напряжение, приложенное в обратном направлении. Току Im соответствует некоторый градиент концентрации на границе барьера (на рис. 36 он обозначен тонкой линией), этот градиент будет сохраняться в процессе разряда до тех пор, пока концентрация инжектированных при прямом включении носителей будет достаточной для его поддержания (кривые 1, 2, 3 на рис. 36 и соответствующие им моменты времени на рис. 35). Так возникает полочка на кривой разрядного тока, характеризующего рассасывание инжектированных носителей заряда. Со временем градиент концентрации на границе уменьшается, что приводит к окончанию полочки в разрядном токе и началу его спада. По мере рассасывания и рекомбинации носителей заряда их концентрация на границе уменьшается и, соответственно, уменьшается прямое смещение перехода см. (76). В момент, когда концентрация неосновных носителей заряда на границе достигает равновесной, напряжение на pn переходе становится равным нулю.

Рис. 36. Изменение концентрации инжектированных носителей в различные моменты времени (см. рис. 35) при переключении диода из прямого направления в обратное.

 После того как p_n(0) становится меньше p_n0, напряжение на переходе изменяет знак и распределение носителей заряда в приконтактной области быстро достигает соответствующего обратно включенному переходу.

3.1.6. Вольтамперная характеристика pn перехода с рекомбинацией и генерацией носителей заряда в области пространственного заряда.

 При рассмотрении ВАХ pn перехода ранее мы пренебрегали процессами генерации и рекомбинации в слое пространственного заряда. При этом нами было получено следующее выражение:

3.1.7. Пробой pn перехода.

 При увеличении напряжения на pn переходе при достижении некоторого напряжения U проб начинается резкое возрастание тока, приводящее к пробою pn перехода. Существует несколько физических механизмов пробоя pn перехода. Рассмотрим основные из них.