2015-06-28
634
(Качественный анализ)
Рассмотрим основные физические процессы, определяющие вид вольтамперной характеристики (ВАХ) 
перехода.
Если приложить к p-n переходу напряжение “плюсом” к p-области таким образом, что внешнее электрическое поле будет направлено навстречу полю двойного слоя, то толщина запирающего слоя уменьшается и при напряжении равном контактной разности потенциалов (порядка 0,3 В для германиевых и + 0,8 В для кремниевых) запирающий слой совсем исчезает. Сопротивление перехода резко снижается и через него протекает большой ток. Это направление тока называется прямым. В прямом направлении высота потенциального барьера снижается от ∆φ 0 до ∆φ 1 (рисунок 3,а).
 |
Для противоположной полярности источника напряжения (“плюс” нужно приложить к n-области, а “минус” – к p-области) в запирающем слое создается электрическое поле, совпадающее по направлению с полем неподвижных ионов и высота потенциального барьера увеличивается с ∆φ 0 до ∆φ 2 (рисунок 3,б).
|
|
|
Запирающий слой расширяется, т.к. основные носители заряда движутся от границы перехода. Сопротивление перехода велико, а ток через него мал – он обусловлен движением неосновных носителей заряда 
и 
. Такое направление тока называется обратным. Изменение высоты потенциального барьера не отражается на величине тока проводимости через переход.
Действительно, величина этой компоненты тока определяется только количеством неосновных носителей, появляющихся на границе области объемного заряда в каждую единицу времени. Это количество зависит только от скорости возникновения неосновных носителей и их концентрации в данном полупроводнике. Средняя скорость теплового движения и концентрация неосновных носителей для данного полупроводника при определенной температуре являются постоянными величинами. Следовательно, ток проводимости через переход не будет зависеть от высоты потенциального барьера.
Обозначая компоненту тока проводимости через I 0, можно записать аналитическое выражение для вольтамперной характеристики перехода. При подаче напряжения плотность тока через переход будет равна:
Ток через переход пропорционален плотности и площади перехода
I0 – называют тепловым током насыщения.
U – внешнее приложенное напряжение.
q – заряд электрона.
k – постоянная Больцмана.
T – абсолютная температура, ºК.
Вольтамперная характеристика перехода, представленная формулой (1), показана на рисунке 4.
Дифференцируя полученное выражение по напряжению имеем:
1 / r = dI / dU = I + I0 / φT, (2)
отсюда:
r = φT / I + I0 , (3)
где r – дифференциальное сопротивление в данной точке (динамическое сопротивление).
|
|
|
φT = kT / q – температурный потенциал, при Т = 300К, φT =26mB.
I – значение тока в данной точке характеристики.
При обратном смещении перехода U<0, I → -I0 , а r → ∞.
Таким образом, динамическое сопротивление перехода в прямом направлении мало (десятки Ом), а в обратном включении велико(десятки МОм).
Статическое сопротивление (сопротивление постоянному току) в любой точке определяется как:
Rст = U / I= φT e n / I (I / I0 +1), (4)
