 |
Токи через электронно-дырочный переход
|
|
|
|
При нарушении равновесия внешним электрическим полем через p-n переход начинает проходить ток. Если внешнее напряжение приложено так, что создаваемая им напряженность электрического поля противоположна по направлению диффузионной напряженности, то суммарная напряженность поля в p-n переходе падает, высота потенциального барьера уменьшается. Часть основных носителе, имеющих наибольшую энергию может теперь преодолевать понизившийся потенциальный барьер, переходя через p-n переход. Это приведет к протеканию сравнительно большого тока через p-n переход. Напряжение рассмотренной полярности называется ПРЯМЫМ м считают его положительным.
Преодолевшие потенциальный барьер носители заряда оказываются в соседней области неосновными. Таким образом через p-n переход происходит ИНЖЕКЦИЯ неосновных носителей заряда в область примыкающую к p-n переходу. Ту область, в которую происходит инжекция неосновных зарядов, называют БАЗОЙ полупроводникового прибора.
Если созданное внешним источником электрическое поле в p-n переходе совпадает по направлению с диффузионным, то высота потенциального барьера для основных носителей увеличивается.
Однако для неосновных носителей, т.е. для дырок в n-области и для электронов в p- области, потенциальный барьер в p-n переходе вообще отсутствует. Неосновные носители заряда втягиваются электрическим полем в p-n переход и проходят через него в соседнюю область – происходит так называемая ЭКСТРАКЦИЯ.
При этом через p-n переход будет идти обратный ток, который относительно мал из-за малой концентрации неосновных носителей заряда в прилегающих к p-n переходу областях.
Напряжение, имеющее рассмотренную полярность называют ОБРАТНЫМ и считают отрицательным. Толщина p-n перехода с увеличением обратного напряжения по абсолютному значению увеличивается, т.к. увеличивается суммарная напряженность электрического пол в p-n переходе и увеличивается глубина проникновения этого поля в прилегающие к переходу области.
|
|
|
|
|
|
Потенциальный барьер при прямом включении определяется формулой:
, (4.9) (4.3.1)
где U - внешнее смещение в прямом направлении.
Квазиуровни Ферми для основных носителей заряда в n-области (EFn) и основных носителей в р-области EFp сдвигаются друг относительно друга на qU, т.е.:
. (4.10) (4.3.2)
При наложении внешнего поля в обратном направлении (см. рис. 4.7) изгиб зон (Потенциальный барьер) на р-n-переходе увеличивается и оказывается равным:
(4.11)
где Uобр - часть внешнего напряжения подающего на переходе.
1. Для расчета Максимальное электрическое поля воспользуемся формулой:
(4.12)
2. Для расчета Ширины области обеднения Wn в полупроводнике n-типе воспользуемся формулой:
, (4.13)
3. Для расчета Ширина области обеднения Wp в полупроводнике p-типа:
. (4.14)
ВАХ тонкого р-n-перехода
Тонким р-n переходом называют электронно-дырочный переход, толщина которого столь мала, что можно пренебречь процессами рекомбинации и генерации носителей заряда в области объемного заряда р-n-перехода.
Из формул (4.7) и (4.8) можно записать концентрацию электронов npгр на границе запирающего слоя в р-области и концентрацию дырок pnгр на границе запирающего слоя в n-области:
, (4.15) (4.4.1)
. (4.16) (4.4.2)
При этом Eip и Ein принимают значения соответствующие границам.
Для неосновных носителей заряда вдали от р-n перехода можно записать
, (4.17) (4.4.3)
. (4.18) (4.4.4)
В формулах (4.4.3) и (4.4.4) произошла замена квазиуровней по сравнению с формулами (4.4.1), (4.4.2), т.к. в электронейтральной части полупроводника вдали от р-n-перехода в р-области EFp=EFn, а в n-области EFn=EFp.
|
|
|
Произведя некоторые расчеты, используя формулы 11,12,13 и 14 мы получим следующую формулы для расчета граничной концентрации
. (4.19) (4.4.5)
. (4.20) (4.4.6)
При EФn-EФp>0, т.е. при прямом включении р-n-перехода: npгр>npo pnгр>pno.
Избыточная концентрация неосновных носителей заряда на границах в этом случае равна:
, (4.21) (4.4.7)
. (4.22) (4.4.8)
Эта избыточная концентрация появляется вследствие инжекции носителей заряда через р-n-переход. Dn и Dp являются функциями 
.
|
|
|
