ВЛАСТИВОСТІ  p-n-ПЕРЕХОДУ ПРИ НАЯВНОСТІ ЗОВНІШНЬОЇ НАПРУГИ

Можливе пряме (рис.5) або зворотне (рис.6) вмикання р-nпереходу.

Рисунок 5 – Пряме вмикання р-п переходу

Рисунок 6 – Зворотне вмикання р-п переходу

При зворотному вмиканні до р-п переходу прикладається зовнішня напруга U_зн , до його внутрішнього електричного поля додається зовнішнє електричне поле з напруженістю Е_зн. У ре­зультаті поле в р-п переході зростає і дорівнює

                                                   Е_рез = Е_вн + Е_зн                                                                              (2)

Оскільки електричний опір р-n - переходу дуже великий, практично вся напруга U_знприкладається до нього.

Отже, різниця потенціалів на переході становить

                                                  φ_рез = φ_к + U_зн                                                           (3)

де φ_рез - результуюча різниця потенціалів.

Запірні властивості переходу при цьому зростають і дифузійна складова струму і_диф зменшується, а дрейфова і_др не змінюється (бо залежить лише від ступеня нагріву речовини) і через перехід протікає зво­ротний струм

                                                 і_зв ⁼ і_др - і_диф                                                                 4)

Оскільки і_диф → 0, то зворотний струм визначається концентрацією неосновних носіїв зарядів і є незначним за величиною.

При прямому вмиканні за зазначеною полярністю зовнішньої напруги зовнішнє електричне поле спрямоване назустріч внутріш­ньому і результуюча напруженість зменшується

                                                Е_рез = Е_вн -Е_зн                                                                                    (5)

При цьому і_диф зростає, а і_др зменшується.

Різниця потенціалів становить

                                                φ_рез = φ_к - U_зн                                                                 (6)

У цьому випадку через перехід тече прямий струм

і_пр ⁼ і_диф - і_др.

Він обумовлюється дифузійною складовою струму, тобто залежить від концентрації основних рухомих носіїв зарядів і є великим за величиною.

Таким чином, р-п - перехід має вентильні властивості (від німецького слова ventil - клапан), тобто при прямому вмиканні його опір малий, а при зворотному - великий.

Оскільки р-п - перехід має нелінійні властивості, то залежність струму, що протікає через нього, від прикладеної напруги ілюструють за допомогою вольт-амперної характеристики (ВАХ) (рис.7).

Рисунок 7 – Теоретична ВАХ р-п перехіду

Вона має пряму (1) та зворотну (2,3) гілки.   

р-п перехід - це явище, що виникає на межі двох НП різного типу провідності і характеризується відсутністю у прилеглій до цієї межі зоні вільних носіїв заряду, через що її опір нескінченний. Тому р-п пере­хід ще називають запірним шаром.

Властивості р-п переходу, які (в основному) використовуються при побудові електронних НП приладів:

1) однобічна провідність (вентильні властивості);

2) дуже великий опір зони р-п переходу як зони, де немає вільних носіїв заряду (запірні властивості);

3) зміна ширини р-п переходу із зміною величини зворотної напруги (як результат - зміна ємності р-п переходу);

4) стабільність напруги на р-п переході в режимі електричного пробою;

5) наявність неосновних носіїв (що виникають внаслідок теплової генерації) в шарах р- і n-типу.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

1 Які струми протікають в напівпровіднику?

2 Що таке дрейф носіїв в НП?

3 Що таке дифузія носіїв в НП?

4 Приведіть приклади напівпровідникових матеріалів, які використовуються для виготовлення НП приладів.

5 Дайте визначення p-n – переходу.

6 Чому p-n – перехід часто називають запірним шаром?

7 Яке з приведених затверджень правильне:

- електронний – дірковий перехід – це шар, збагачений носіями заряду;

- електронний – дірковий перехід – це шар, збіднений носіями заряду.

8 Чим обумовлений дифузійний струм через p-n – перехід?

ВИКЛАДАЧ– Ковальова Т.І.

ЛЕКЦІЯ № 3 (2 год.)