Вольтамперная характеристика диода

(вывод ВАХ)

Основные допущения:

- резкий переход;

- в полупроводниковых областях, примыкающих к контакту, выполняется условие электронейтральности и напряженность электрического поля примерно равна нулю, поэтому можно пренебречь дрейфовым током;

- все параметры постоянны по сечению (одномерный случай) и не зависят от концентрации носителей заряда;

- толщина P и N областей много больше диффузионной длины инжектированных носителей заряда (полубесконечное приближение).

Проведем анализ для одного типа носителя. Аналогичные результаты для второго типа носителя учтем в конечных формулах.

Исходное уравнение непрерывности для дырок имеет вид:

Рассмотрим n -область и стационарный случай (dp/dt=0). Считая, что все внешнее напряжение падает на слое объемного заряда, а на областях n и p напряжение не падает, можно допустить, что напряженность поля в этих областях равна нулю E=0, и дрейфовым током носителей в этих областях можно пренебречь. Тогда исходное уравнение для распределения дырок в n – области и граничные условия примут вид:

Откуда получим

При ,

При x=0,

Тогда

Зная распределение носителей заряда, можно вычислить ток, который вне ОПЗ будет преимущественно диффузионным:

Выполнив аналогичные вычисления для p- области, рассчитаем электронный ток. В нашей модели учитываются только диффузионные токи неосновных носителей (дрейфовыми токами мы пренебрегли). Можно найти их сумму при x=0. Но значение тока через диод в точке x=0 будет равно току через диод в любом другом его сечении. Тогда получим выражение для ВАХ диода:

На нижнем рисунке в логарифмическом масштабе показана ВАХ диода. Кривые 1 и 2 соответствуют случаю, когда генерационно -рекомбинационными токами можно пренебречь. Кривые 3 и 4 соответствуют случаю, когда преобладают генерационно- рекомбинационные токи.

На рисунках, в качестве примера, приведены ВАХ диодов, выполненных из различных полупроводниковых материалов. Левый рисунок соответствует прямому смещению (линейный масштаб), правый - обратному смещению (логарифмический масштаб).