Вольт-амперная характеристика электронно-дырочного перехода

Лечение.

Остеомаляция.

Встречается редко и характеризуется потерей кальция, размягчения костей в результате нарушения фосфорно-кальциевого обмена. Чаще поражаются кости таза и позвоночник. Больная жалуется на боли в области тазобедренных суставов, позвоночника, симфиза, резко усиливающаяся при ходьбе. При осмотре отмечается болезненность костей, может быть их деформация.

Тетания беременных – возникает при понижении или выпадении функции паращитовидных желез, в результате чего нарушается обмен кальция. Клинически: судороги мышц, чаще верхних конечностей («рука акушера») реже – нижних («нога балерины»), иногда – мышц лица («рыбий рот»), туловища, гортани, желудка.

Создание лечебно-охранительного режима. С целью нормализации функции КГМ, подкорковых структур – психотерапия, электросон, электроанальгезия, седативные препараты (настойка пустырника, экстракт валерианы). Патогенетически оправдано применение витамина Д, рыбьего жира, препаратов кальция, витамина Е. В лечении тетании используется тиреоидин.

Больные с различными формами раннего гестоза и особенно с его рецидивами должны наблюдаться на ФАПе, в женской конс13ультации в группе риска акушерской и перинатальной патологии (поздние гестозы, невынашивание, гипотрофия плода, осложнения в родах).

Вольт-амперная характеристика (сокращенно ВАХ) – это график, показывающий зависимость тока, протекающего через p-n–переход, от величины и полярности приложенного к нему внешнего напряжения Uвнеш.

1.1. ВАХ идеализированного перехода. Вольт-амперная характеристика идеализированного p-n-перехода – это ВАХ такого перехода, у которого сопротивление областей полупроводника за пределами запирающего слоя, т.е. Rn и Rp, равны нулю.

Ток через p-n-переход состоит из диффузионногоI диф и дрейфового[1] I др токов

I рn= I диф – I др или I рn= I диф – I 0.

Диффузионный ток I диф зависит от полярности и величины приложенного внешнего напряжения Uвнеш и определяется по формуле

,

где I диф.0 – начальное значение тока диффузии при Uвнеш = 0В, равное тепловому току I0;

q = 1,6·10 – 19 Кл – заряд электрона;

k = 1,38·10 –23 Дж/К – постоянная Больцмана;

T – температура в градусах Кельвина;

φ т = k T/ q – температурный потенциал, который при температуре

Т = 300К = +27ºС примерно равен 0,026В;

С учетом того, что при Uвнеш = 0В диффузионный и тепловой (дрейфовый) токи равны, т.е. I диф.0 = I 0, можно записать

(1)

Тогда уравнение теоретической ВАХ для идеального p-n–перехода имеет вид

(2)

Если р-n-переход включен в прямом направлении, напряжение Uвнеш берут в этой формуле (2) со знаком плюс, если в обратном – со знаком минус.

Если p-n-переход включен в прямом направлении, то при Uвнеш > 0,05В, прямой ток Iпр растет с повышением напряжения экспоненциально, единицей в скобках в формуле (2) можно пренебречь, и считать, что ток равен

(3)

Если переход включен в обратном направлении, то уже при напряжении Uвнеш = Uобр = – 0,1В (или по абсолютному значению больше) можно в формуле (2) пренебречь экспонентой и считать, что

(4)

Таким образом, обратный ток Iобр равен тепловому току Iо, который от напряжения Uвнеш = Uобр не зависит. Рост тока Iо уже при незначительном повышении напряжения почти прекращается. Поэтому тепловой ток Iо также называют током насыщения.

– Uобр
Обратная ветвь тока Ipn
Uпр
I0
–I0
Iдр
Прямая ветвь тока Ipn
Iобр
Iдиф
Iпр

График теоретической вольт-амперной характеристики (ВАХ) идеализированного p-n–перехода показан на рис.1.

Рис.1. Теоретическая вольт-амперная характеристика (ВАХ)

идеализированного p-n–перехода

Вольт-амперная характеристика имеет две ветви: прямую, расположенную в первом квадранте графика (см. рис.1), и обратную, расположенную в третьем квадранте.

Обратный ток Iобр создается дрейфом через p-n-переход неосновных зарядов. Поскольку концентрация неосновных зарядов на несколько порядков ниже, чем основных, обратный ток многократно меньше прямого Iобр ≪ Iпр.

При небольшом увеличении обратного напряжения Uобр от нуля обратный ток Iобр сначала возрастает до значения, равного значению теплового тока (I0), а с дальнейшим увеличением Uобр обратный ток Iобр остается постоянным.

Свойство p-n-перехода проводить электрический ток в одном направлении значительно больший, чем в другом, называют односторонней проводимостью.

Электронно-дырочный переход, электрическое сопротивление которого при одном направлении тока на несколько порядков больше, чем при другом, называют выпрямляющим переходом.

1.2. ВАХ реального перехода, её отличие от теоретической. Вольт - амперная характеристика реального p-n–перехода отличается от теоретической ВАХ идеализированного p-n–перехода.

А. Отличие на участке прямой ветви. Совпадение прямых ветвей реальной и теоретической характеристик наблюдается только в области малых токов (участок ОА на рис.2), когда прямое напряжение меньше контактной разности потенциалов Uпр ˂ Uк.

При увеличении прямого напряжения Uпр, т.е. при больших прямых токах, становится заметным падение напряжения на сопротивлении p- и n- областей, поэтому необходимо учитывать эти сопротивления Rn и Rp. При этом напряжение на самом p-n–переходе Uрn будет заметно меньше напряжения источника прямого напряжения Uпр.

В результате этого реальная прямая ветвь ВАХ проходит ниже теоретической (рис.2).

Уравнение прямого тока для реального p-n-перехода, т.е. уравнение прямой ветви ВАХ реального перехода, может быть записано в виде

где Uпр – приложенное к переходу прямое напряжение, В; Iпр – прямой ток, А;

R = (Rn + Rp) – сопротивление n- и p-области полупроводника, не занятых запирающим слоем, т.е. собственно переходом, Ом.

Влияние температуры на прямой ток Iпр показано на рис.3. Из этих графиков видно, что при одном и том же приложенном прямом напряжении Uпр, например, равном 0,6В, прямой ток наибольший при росте температуры и наименьший при её уменьшении – Iпр1 > Iпр2 > Iпр3.

Причиной такого влияния температуры является уменьшение прямого сопротивления p-n–перехода из-за генерации пар зарядов (свободный электрон - дырка), а также из-за снижения потенциального барьера и увеличения энергии подвижных зарядов. Но, так как прямой ток Iпр зависит от концентрации основных носителей заряда, которая растет незначительно, это увеличение Iпр невелико. Вывод: температура изменяет величину прямого тока.

 
Iпр3
Iпр22
Iпр1
0,6В
– 45ºС
Uпр
Iпр
+60ºС
+20ºС
Iпр.реал.
А
∆Uпр = Iпр (Rn + Rp)
 
Uпр
Теоретическая
Iпр
Реальная


Рис.2 Рис.3

Б. Отличие на участке обратной ветви. В отличие от теоретической обратной ветви Iобр (рис.1), реальная обратная ветвь Iобр идет под небольшим углом наклона (рис.4).

 
 
Iут
Iг
I0
Uпроб
Iобр
Uобр
реальный Iобр
 
 
Лавинный пробой
Тепловой пробой
Iобр
Uобр
Туннельный пробой


Рис.4 Рис.5

Это вызвано следующими причинами:

а) наличием поверхностной проводимости (ток утечки Iут протекает по поверхности кристалла полупроводника под действием Uобр);

б) ростом генерации пар зарядов – свободный электрон - дырка – непосредственно в самом объеме p-n-перехода под действием тепла (Iг – ток термогенерации, зависящий от объема запирающего слоя и его температуры).

В общем случае обратный ток состоит из трех основных составляющих:

Iобр = I0 + Iут + Iг.

Влияние температуры на обратный ток Iобр германиевого и кремниевого переходов показано на рис.6.

50мкА
75мкА
25мкА
1500В
 
Iобр
Uобр
+20ºС
+125ºС
Кремний
+70ºС
Германий
+20ºС
 
Iобр
Uобр
400В
0,4мА
0,8мА
1,2мА


Рис.6


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



double arrow
Сейчас читают про: