Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В

через переход в р-область. А из р-области электроны уходят по направлению к плюсу источника, и тогда в этой области образуются новые дырки. Такой процесс происходит непрерывно, и, следовательно, непрерывно протекает прямой ток.

У левого края области n электронный ток имеет наибольшее значение. По мере приближения к переходу этот ток уменьшается, так как все большее число электронов рекомбинирует с дырками, движущимися через переход навстречу электронам, а дырочный ток iр. наоборот, увеличивается. Полный прямой ток iпр в любом сечении, конечно, один и тот же:

iпр=in+ip=const.

Это следует из основного закона последовательной электрической цепи: во всех частях такой цепи ток всегда одинаков. Так как толщина перехода очень мала и он обеднен носителями, то в нем рекомбинирует мало носителей и ток здесь не изменяется. А далее электроны, инжектированные в р-область, рекомбинируют с дырками. Поэтому по мере удаления от перехода вправо в р- области ток in продолжает уменьшаться, а ток iр увеличивается. У правого края р-области ток in наименьший, а ток iр наибольший. На рис. 1.25 показано изменение этих токов вдоль оси х для случая, когда ток in преобладает над током ip, вследствие того что nn>рn и подвижность электронов больше подвижности дырок. Конечно, при прямом напряжении кроме диффузионного тока есть еще ток дрейфа, вызванный движением неосновных носителей. Но если он очень мал, то его можно не принимать во внимание.

Рис. 1.25

1.5.3. Электронно-дырочный переход при обратном внешнем напряжении

Пусть источник внешнего напряжения подключѐн положи-

93

тельным полюсом к области n, а отрицательным – к области р (рис. 1.26а). Под действием такого обратного напряжения Uобр через переход протекает очень небольшой обратный ток ioбр, что объясняется следующим образом. Поле, создаваемое обратным напряжением, складывается с полем контактной разности потенциалов. На рис. 1.26а это показывают одинаковые направления векторов Ек и Еобр. Результирующее поле усиливается, и высота потенциального барь-

ера теперь равна Uк+Uобр (рис. 1.26б). Уже при небольшом повышении барьера диффузионное перемещение основных носителей через

переход прекращается, т.е. iдиф=0, так как собственные скорости носителей недостаточны для преодоления барьера. А ток проводимости остается почти неизменным, поскольку он определяется главным образом числом неосновных носителей, попадающих на n

– р-переход из n- и р-областей. Выведение неосновных носителей через n – р-переход ускоряющим электрическим полем, созданным обратным напряжением, называют экстракцией носителей заряда (слово «экстракция» означает «выдергивание, извлечение»).

Рис. 1.26

Таким образом, обратный ток io6p представляет собой ток проводимости, вызванный перемещением неосновных носителей. Обратный ток получается очень небольшим, так как неосновных носителей мало и, кроме того, сопротивление запирающего слоя при обратном напряжении очень велико. Действительно, при повышении обратного напряжения поле в месте перехода становится сильнее и под действием этого поля больше основных носителей

94

«выталкивается» из пограничных слоев в глубь n- и р-областей. Поэтому с увеличением обратного напряжения увеличивается не только высота потенциального барьера, но и толщина запирающего слоя (doбр>d). Этот слой еще сильнее обедняется носителями, и его сопротивление значительно возрастает, т.е. Rобр»Rпр.

Уже при сравнительно небольшом обратном напряжении обратный ток становится практически постоянным. Это объясняется тем, что число неосновных носителей ограничено. С повышением температуры концентрация их возрастает и обратный ток увеличивается, а обратное сопротивление уменьшается.

Рассмотрим подробнее, как устанавливается обратный ток при включении обратного напряжения. Сначала возникает переходный процесс, связанный с движением основных носителей. Электроны в n-области движутся по направлению к положительному полюсу источника, т.е. удаляются от n – р-перехода. А в р- области, удаляясь от n – р-перехода, движутся дырки. У отрицательного электрода они рекомбинируют с электронами, которые приходят из проводника, соединяющего этот электрод с отрицательным полюсом источника.

Поскольку из n-области уходят электроны, она заряжается положительно, так как в ней остаются положительно заряженные атомы донорной примеси. Подобно этому р-область заряжается отрицательно, так как ее дырки заполняются приходящими электронами и в ней остаются отрицательно заряженные атомы акцепторной примеси.

Рассмотренное движение основных носителей в противоположные стороны продолжается лишь малый промежуток времени. Такой кратковременный ток подобен зарядному току конденсатора По обе стороны n – р-перехода возникают два разноименных объемных заряда, и вся система становится аналогичной заряженному конденсатору с диэлектриком, в котором имеется значительный ток утечки (его роль играет обратный ток). Но ток утечки конденсатора в соответствии с законом Ома пропорционален приложенному напряжению, а обратный ток n – р-перехода сравнительно мало зависит от напряжения.

95