Механизм формирование обратного тока

Сначала возникает переходный процесс связанный с движением основных носителей. При включении обратного напряжения и смещения сначала возникает переходный процесс, связанный с движением основных носителей. Электроны в n-области движутся в положительном направлении к полюсу источника, то есть удаляются от p-n-перехода, а в p-области удаляюсь от p-n- перехода движутся дырки. У отрицательного электрода они рекомбинируют с электронами, которые приходят из проводника(провода), соединяющего этот электрон с отрицательным полюсом источника. Поскольку из n - области уходят электроны она заряжается положительно, так как в ней остаются положительно заряженные атомы донорной примеси. Подобно этому p - область заряжается отрицательно, так как ее дырки заполняются приходящими электронами, и в ней остаются отрицательные заряженный атомы акцепторных примесей. Рассмотренное движение основных носителей в противоположные стороны продолжается лишь малый промежуток времени. С изменением высоты потенциального барьера нарушается термодинамическое равновесие и изменяется соотношение между диффузионным и дрейфовыми токами. Дрейфовый ток через переход практически не зависит от приложенного напряжения (внешнее напряжение изменяет лишь скорость переноса не основных носителей заряда, не влияя на количество переносимых носителей в единицу времени. Диффузионная составляющая тока через переход зависит от высоты потенциального барьера. согласно распределению Ферми по мере увеличения потенциального барьера все меньшее количество основных носителей заряда оказывается способным преодолеть этот барьер. из рассмотренного следует, что идеализированный p-n-переход имеет вентильные свойства. При приложении напряжения смещающего его в прямом направлении через переход протекает электрический ток значение которого при повышении напряжения увеличивается по экспоненциальным законам. Изменение полярности приложенного напряжения приводит к смещению перехода в обратном направлении и его сопротивление возрастает. Через переход протекает малый тепловой ток, значение которого не зависит от приложенного напряжения, и увеличивается по экспоненциальному закону при повышении температуры

ВОЛЬТАМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА P-N-ПЕРЕХОДА

(ВАХ)

Для любого электрического прибора важна зависимость между током проходящим через прибор и приложенным напряжением. Зная эту зависимость можно определить ток при заданном напряжении или наоборот напряжение соответствующее заданному току. если сопротивление прибора является постоянным независящим от тока или напряжения, то связь между током и напряжением выражается законом Ома I=U\R или I=GU G=1\R

Ток прямо пропорционален напряжению, коэффициентом пропорциональности является проводимость!!!! График зависимости между током и напряжением данного прибора называется Вольтамперной характеристикой прибора (ВАХ). Чем больше сопротивление R, тем меньше проводимость G и тем меньше ток при данном напряжении, поэтому для больших сопротивлений характеристика идет более полого.

Свойства электронно - дырочного перехода наглядно иллюстрируются его вольтамперной характеристикой, показывающей зависимость тока через p-n-переход от величины полярности приложенного напряжения. В соответствии с этим электрическое сопротивление перехода в одном направлении может быть значительно больше, чем в другом. При прямом смещении p-n-перехода его сопротивление не значительно, а ток большой. Обратное смещение на переходе обусловливает большое сопротивление в обратном направлении при малом обратном токе, следовательно p-n-переход обладает свойством односторонней проводимости (выпрямляющим действием), что позволяет его использовать в качестве выпрямителя переменного тока.

ОСОБЕННСТИ РЕАЛЬНЫХ P-N-ПЕРЕХОДОВ

ЕМКОСТЬ P-N-ПЕРЕХОДА

В идеальном p-n-переходе обратный ток уже при сравнительно небольшом обратном напряжении не зависит от значения последнего, однако при исследованиях реальных p-n-передов наблюдается достаточно сильное увеличение обратного тока при увеличении приложенного напряжения, причем в кремниевых структурах обратный ток на 2-3 порядка выше теплового. Такое отличие экспериментальных данных от теоретических объясняется термо - генерацией носителей заряда непосредственно в области p-n-перехода и существованием канальных токов и токов утечки. Канальные токи обусловлены наличием поверхностных энергетических состояний искривляющих энергетический зоны вблизи поверхностей. Эти слои называются каналами, а токи - канальными токами. Наряду с электропроводностью p-n-переход имеет и определенную емкость. Емкостные свойства обусловлены наличием по обе стороны от границы электрических зарядов. которые созданы ионами примесей, а так же подвижными носителями заряда, находящимися вблизи границ p-n-перехода. Емкость p-n-перехода подразделяют на 2 составляющие:

1) Барьерную

2) Отражающую перераспределение заряда в p-n-переходе и диффузионную отражающую перераспределение зарядов вблизи границ p-n-перехода

При прямом смещении перехода в основном проявляется диффузионная емкость, при обратном прямую роль играет барьерная емкость. Барьерная емкость обусловлена наличием в p-n- переходе ионов донорной и акцепторной примеси, которые образуют как бы 2 заряженные обкладки конденсаторов. С увеличением приложенного обратного напряжения барьерная емкость уменьшается из-за увеличения толщины перехода. При подключении к p-n-переходу прямого напряжения барьерная емкость увеличивается вследствие уменьшения толщины перехода, однако в этом случае емкость p-n-перехода определяется в основном диффузионной составляющей емкости. Диффузионная емкость отражает физический процесс изменения концентрации подвижных носителей заряда накопленных в областях вследствие изменения концентрации инжектированных носителей.