Основные теоретические сведения. Плотность полного тока в переходе можно определить как сум­му плотности электронного тока на левой границе перехода и плотности дырочного тока на правой

Плотность полного тока в переходе можно определить как сум­му плотности электронного тока на левой границе перехода и плотности дырочного тока на правой границе перехода. Тогда плотность полного тока будет равна

,

где

По закону непрерывности тока найденная плотность будет в любом сечении n - и р -областей.

Умножив полученное выражение на площадь сечения перехода S, получим формулу для тока:

Окончательно запишем эту формулу в виде

,

где

Это выражение и представляет собой вольт-амперную характе­ристику идеализированного р - n -перехода (формула Шокли), а пара­метр I₀ называется тепловым током, так как его значение сильно за­висит от температуры.

Ток I содержит две составляющие с противоположным знаком:

Первая составляющая зависит от напряжения, влияющего на высоту потенциального барьера, т.е. является диффузионной со­ставляющей тока (), вызванной теми основными но­сителями, которые смогли преодолеть барьер. Вторая составляющая () создается неосновными носителями обеих областей, для кото­рых поле в обедненном слое является ускоряющим. Эта состав­ляющая является дрейфовой ().

Тепловой ток I ₀ является важным параметром р-n- пе р ехода.

Его значение пропорционально равновесной концентрации не­основных носителей в нейтральных р - и n -областях.

Сильная зависимость I ₀от температуры, определившая его на­звание, объясняется зависимостью от температуры концентрации не­основных носителей р_{п 0} и n_{p 0}

Зависимость I₀(T) характеризуют температурой удвоения Δ Т _удв - приращением для температуры, приводящим к удвоению тока I ₀

1.1. Вольт-амперная характеристика реального p - n -перехода

В реальном p-n переходе необходимо учитывать факторы, связанные с невыполнением некоторых допущений, принимаемых при анализе идеального p-n перехода.

В реальных р - n переходах сопротивление р- и п- областей составляет десятки и сотни Ом. Обычно р - n -переходы не­симметричны, так что сопротивление области с наименьшей концен­трацией примеси будет наибольшим. Эту область принято называть базовой, а ее сопротивление - базовым (R_Б). Таким образом, суммар­ное сопротивление обеих областей можно считать равным R_Б. При­ложенное внешнее напряжение U распределяется между обедненным слоем и базовой областью: U = U _р-_п + IR_Б. В этом случае изменится ток перехода

или

При малых токах вторым слагаемым можно пренебречь. Однако с ростом тока падение напряжения на базовой области IR_Б может стать сравнимым с напряжением на самом р-n -переходе, при этом на ВАХ появится почти линейный (омический) участок. При дальней­шем росте тока следует учитывать, что R_Б начинает уменьшаться из-за увеличения концентрации инжектированных в базу носителей, и ВАХ отклоняется от прямой линии. Это влияние называют эффек­том модуляции сопротивления базы.

Дифференциальное сопротивление R_диф перехода - величина, равная отношению малого приращения напряжения в обедненном слое к величине, вызванного им, малого приращения тока. Оно опре­деляется выражением R_диф = dU/dl и характеризует крутизну ВАХ в рассматриваемой точке R_диф обратно пропорциональна производной dl/dU). Для идеализированного перехода можно по­лучить аналитическое выражение

Для прямой ветви ВАХ, где