Прямое и обратное включение

При прямом (внешнее электрическое поле частично компенсирует контактное поле) и обратном (внешнее электрическое поле усугубляет действие внутреннего поля) включении p-n перехода существенным образом регулируется высота потенциального барьера, соответственно рис. 13.2 и 13.3.

Рис.13.2 Рис.13.3

Анализ, выполненный аналогично нашему рассмотрению диода Шоттки (лекция № 12), показал, что внешний вид основных характеристик диода Шоттки и p-n перехода совпадает. Для p-n перехода имеем

, (13.2)

а

. (13.3)

Толщина слоя объемного заряда d, как и в случае диода Шоттки, зависит от внешнего приложенного напряжения V и возрастает с увеличением контактной разности потенциалов и уменьшением концентрации основных носителей заряда в полупроводниках. Знак (+) в выражении (13.2) соответствует прямому включению p-n перехода, в соотношении (13.3) - обратному.

Барьерную емкость p-n перехода можно определить по формуле плоского конденсатора

, (13.4)

где S - площадь перехода, а d - подставляется из выражения (13.3). Таким образом, емкость p-n перехода нелинейно зависит от приложенного напряжения V(обычно прикладывают “обратные” напряжения), что используется для построения варакторов - важных элементов параметрических усилителей, которые обладают малым шумом и применяются в очень чувствительных приемниках, например, для спутниковых линий связи, радиотелескопов и т.д.

Вольт-фарадные характеристики используют и для определения V_k. Зависимость сопротивления электронно-дырочного перехода от V позволяет использовать p-n переход также в качестве регулируемого сопротивления (варистора).

Ток J_s в выражении для ВАХ p-n перехода (13.2) является суммой токов неосновных носителей J_ns и J_ps:

J_s=J_ns + J_ps. (13.5)

Влияние основных параметров перехода на ток J_s рассмотрим на практических занятиях, там же введем понятие диффузионной длины. Заметим только, что с увеличением температуры обратный ток J_s сильно растет и выпрямляющие свойства p-n перехода постепенно пропадают.

Тем не менее при обычных температурах диоды, изготовленные на основе p-n переходов, являются прекрасными твердотельными выпрямителями, коэффициент выпрямления у которых достигает сотен тысяч.

Импульсные и высокочастотные p-n переходы имеют быстродействие приблизительно ~10^-9 с, рабочие частоты до 10⁹ Гц.

Вид ВАХ p-n перехода зависит от концентрации носителей заряда, поэтому такие контакты широко используют для изготовления датчиков температуры, давления, света, ионизирующих излучений и других воздействий, влияющих на контактную разность потенциалов и ток J_s диода.

Поиск по сайту: