Прямое и обратное включение p - n перехода

Если к p-n переходу приложить внешнюю разность потенциалов U, как это показано на (рис. 27) (это - так называемое прямое включение p-n перехода), то внешнее поле E _внеш уменьшит существующее в кристалле поле E, и высота порогов уменьшится, тогда ток основных носителей возрастет в соответствии с формулой:

.

Ток неосновных носителей при этом практически не изменится, так как он лимитируется малым числом неосновных носителей.

Если к p-n переходу приложить внешнюю разность потенциалов "наоборот", как это показано на (рис. 28) (так называемое обратное включение p-n перехода), то внешнее поле Е _внеш увеличит существующее на границе поле E, и высота порогов увеличится. Ток основных носителей от этого уменьшится. Ток неосновных носителей при этом практически не изменится, так как он лимитируется малым числом неосновных носителей.

Рис.27. Прямое включение p - n -перехода(в верху); потенциальный порог вблизи p-n- перехода при прямом включении внешнего поля в нем (в внизу)

   Если к p-n переходу приложить внешнюю разность потенциалов "наоборот", как это показано на (рис. 28) (так называемое обратное включение p-n перехода), то внешнее поле Е _внеш увеличит существующее на границе поле E, и высота порогов увеличится. Ток основных носителей от этого уменьшится. Ток неосновных носителей при этом практически не изменится, так как он лимитируется малым числом неосновных носителей.

Рис.28. Обратное включение p - n -перехода(в верху); потенциальный порог вблизи p-n- перехода при обратном включении внешнего поля в нем (в внизу)

Пробой p - n перехода.

Если продолжать увеличение напряжения обратной полярности, то при некотором напряжении U_c, называемом напряжением пробоя, произойдет пробой p-n перехода.

Это связано с тем, что в закрытом состоянии p-n перехода почти все приложенное напряжение действует в тонком пограничном слое. Поэтому в нем сформируется большая напряженность электрического поля, способная ускорить электрон на малом расстоянии до энергий достаточных для "выбивания" электрона из ковалентной связи; далее уже оба электрона будут ускорены, они выбьют еще электроны и так далее, возникает электронная лавина, приводящая к пробою перехода.

Пробою соответствует участок около U _c на ВАХ (рис. 29). Этот участок при | U | < | U _c| имеет участок плавного нарастания тока, что позволяет использовать явление пробоя, вернее предпробойное состояние для стабилизации напряжения.

Рис.29. Зависимость тока основных и неосновных носителей через p-n- переход от напряжения на нем, ВАХ p-n перехода

  ВАХ p-n перехода получается нелинейной и несимметричной: в одну сторону p-n переход проводит ток очень хорошо, а в другую - очень плохо. Этому можно дать и простое, наглядное объяснение таких сильных отличий проводимости p-n перехода в разных направлениях.

При включении p-n перехода в прямом направлении дырки в левой области будут двигаться к границе раздела, и электроны из правой области также будут двигаться к границе раздела (рис. 30). На границе они будут рекомбинировать. Ток на всех участках цепи обеспечивается основными носителями, сам p-n переход обогащен носителями тока. Проводимость p-n перехода будет большой.

Рис.30. Схема движения электронов и дырок при прямом (слева) и обратном (спрапа) включении p-n перехода

При включении p-n перехода в обратном направлении и дырки в левой области будут двигаться от границы раздела, и электроны из правой области также будут двигаться от границы раздела (рис. 30). На границе раздела областей в итоге не останется основных носителей тока. Ток на этой границе будет обеспечивается очень малым числом неосновных носителей, образовавшихся вблизи тонкого p-n перехода. Проводимость p-n перехода будет малой. В итоге ВАХ примет асимметричный вид.