Влияние внешнего напряжения на p- n- переход

Подача внешнего напряжения на p-n переход меняет его параметры.

Внешнее напряжение может быть подано в прямом или обратном направлении.

Если к p - области приложен более положительный потенциал, чем к n - области, то приложенное напряжение прямое (U_пр), и говорят, что переход смещен в прямом направлении.

 

Иначе- будет U_{обр .}(обратное), а переход будет обратносмещенным.

При U_{пр .} возникает E_вн. (внешнее поле), вектор напряженности у него направлен противоположно E₀ (полю перехода) и в результате поле прямосмещенного перехода E_пр станет более слабым, чем у равновесного.

E_пр= E₀ - E_вн, E_пр < E₀

Силы противодействия диффузии ОНЗ уменьшаются, а з, значит, ток диффузии I_L увеличивается. Увеличение значительное, поскольку ОНЗ очень много. При этом ток дрейфа ННЗ I_σ при неизменной температуре остается практически постоянным. Это приведет к увеличению ↑ I_пр =↑I _L - I_σ,

Ток возростает, а сопротивление перехода уменьшается: R_{p-n пр} < R_{p-n 0}.

Уменьшается также ширина перехода d_пр.< d ₀ и барьерная разность потенциалов ∆ φ _пр.< ∆ φ₀.

При U_обр E _обр = E₀+ E_вн

Поле противодействует движению ОНЗ и это противодействие настолько сильно, что уже при U_обр≈0,2 В ток диффузии I_L стремится к 0.

I _обр= I_L-I_σ ≈I _обр

Ток через переход меняет направление, но его значение мало, что объясняется малой концентрацией ННЗ.

Сопротивление обратносмещенного перехода оказывется значительно большим,,чем у равновесного R_{p-n обр.}>>R₀. Увеличивается также ширина перехода d_обр.> d₀ и барьерная разность потенциалов ∆φ_обр.>∆ φ₀.

 

ВАХ p- n- переход и диода

 

ВАХ идеального p- n - перехода:

Под идеальным p-n переходом понимают бесконечно тонкий p- n - переход, занимающий весь монокристалл (нет периферийных областей)

Полупроводниковые диоды - это полупроводниковые приборы, выполненные на основе монокристалла полупроводника с несимметричным p- n переходом, снабженные контактами для соединения с внешней цепью и помещенные в защитный корпус.

При изготовлении в одну область добавили больше примесей, чем в другие. Область с более высокой концентрацией примеси называется эмиттером, с меньшей - базой. Поэтому справедливо соотношение: R_{тела базы}>>R_{тела эмиттера}

Переход образуется в основном за счет тела базы.

Представим реальный диод схемой замещения с идеальным p-n переходом

Согласно второму закону Кирхгофа U_p-n = U_пр – I_пр (r_э + R_Б). Учитывая соотношение сопротивлений можно считать, что U_p-n ≈ U_пр – I_пр R_Б . С увеличением прямого напряжения сопротивление p-n перехода уменьшается. Следовательно, уменьшается доля прямого напряжения, приложенного непосредственно к переходу, и его влияние на ток уменьшается: вольтамперная характеристика становится все более линейной.

Пробой p- n- перехода

Если не предусмотрено мер по отводу тепла от p- n- перехода, то ↑U_обр приводит к тепловому пробою p - n - перехода. Тепловой пробой выводит диод из строя.

↑U_обр=>↑P=U_обрI_обр; (↑U_обр)=> ↑ t ^о =>↑ННЗ (т.к. поле ускоряющее)=>↑I_Б=>↑I_обр

Пробой - лавинообразное увеличение I_обр при незначительном приращении ∆U_обр.(кривая 1).

Различают также электрический пробой (кривая 2 и 3). Это явление используется для построения спец. приборов.

Электрический пробой бывает 2-х видов: лавинный и тунельный.

Лавинный пробой: увеличение концентрации СНЗ за счет ударной ионизации нейтральных атомов собственного полупроводника.

Наблюдается в сравнительно широких p- n - переходах. Под действием большой напряженности поля ННЗ движутся сравнительно долго и за это время успевают получить приращение энергии, достаточное для того, чтобы один ННЗ привел при ионизации к созданию двух или более.

Тунельный пробой: возникает в очень узких переходах при очень высокой напряженности поля.

Поле способно вырвать электрон из ковалентной связи. Но значительного приращения энергии он не успеет получить и будет перенесен в другую область.

Резко различить тунельный и лавинный пробой трудно.

Диоды создаются для выполнения различных функций и, соответственно, имеют особенности в параметрах, в характеристиках, имеют специальные схемные обозначения.

Каждый диод имеет специальную маркировку. Используя ее по справочнику можно получить сведения о назначении,параметрах и технических характеристиках конкретного диода.

Д2 выпрямительные, смесительные   Д3 импульсные, детекторные   Д4 варикап – диод используемый как емкость, изменяемая напряжением     Д41 стабилитрон (для стабилизациии U)

Стабилитрон.