ВАХ р-n перехода

Вольт-амперная характеристика p–n-перехода – это зависимость тока через переход от приложенного к нему напряжения i=f(u).

Аналитически, при прямом и обратном смещении ВАХ записывают в виде

,

(5)

где m –зависит от материала полупроводника.

Для наглядности ВАХ представляют в виде графиков (рис.1.3).

Если прямую и обратную ветви строить в одном масштабе, то ВАХ p-n -перехода имеет вид, как показано на рис.1.3,б. Из рисунка четко видно, что p-n -переход обладает односторонней проводимостью, т. е. I_пр>>I_обр или R_пр<<R_обр

Для изучения особенностей прямой и обратной ветви ВАХ их строят в разных масштабах, например, по току масштабы отличаются в тысячу раз.

а	б

Рис.1.3. ВАХ p-n - перехода

Из графика видно, что прямая ветвь ВАХ диода на основе кремния смещена вправо, а его обратная ветвь имеет ток много меньше, чем ток диода из германия.

Дифференциальное сопротивление p-n - перехода при прямом смещении определяется из соотношения r_диф= j_т/I. Так, например, при I=1мА и j_т=25мВ r_диф=25Ом.

Рис.1.4. Пробой p-n перехода

1.1.4. Пробой p–n-перехода

Пробой проявляется как резкое увеличение обратного тока р-n-перехода, когда обратное напряжение превышает определенное критическое значение U_проб. (рис. 1.4). Различают два вида пробоя:

1. электрический – он обратимый т.е. он не приводит к разрушению р-n-перехода, и при снижении обратного напряжения р-n-переход восстанавливает свои свойства;

2. тепловой – он необратимый, приводит к разрушению р-n-перехода.

Электрический пробой диода возникает в результате воздействия сильного электрического поля в р-n-переходе (рис.1.4, кривая 1 и 2). Он может быть туннельным – кривая 2 или лавинным – кривая 1. Лавинный пробой – возникает за счет лавинного размножения неосновных носителей заряда путем ударной ионизации. Туннельный пробой – возникает за счет перехода электронов из связанного состояния в свободное, без сообщения им дополнительной энергии.

Нормальная работа диода в качестве элемента c односторонней проводимостью возможна лишь в режимах, когда обратное напряжение не превышает пробивного значения U_{о6р mах}.

Значение допустимого обратного напряжения устанавливается с учетом исключения возможности электрического пробоя и составляет (0,5 - 0,8) U_проб.

1.1.5.Емкости p–n-перехода

Принято говорить об общей емкости диода С_д, измеренной между выводами диода при заданном напряжении смещения и частоте. Общая емкость диода равна сумме барьерной емкости С_бар, диффузионной емкости С_диф.

Барьерная (зарядная)емкость обусловлена некомпенсированным объемным зарядом ионов примесей, сосредоточенными по обе стороны от границы р-n-перехода. С увеличением обратного напряжения барьерная емкость уменьшается, поскольку ширина р-n-перехода увеличивается.

Диффузионная емкость связана с накоплением в p-и n-областях неосновных носителей заряда при протекании прямого тока. Она зависит от прямого тока и времени жизни неосновных носителей заряда.

Значения диффузионной емкости могут иметь порядок от сотен до тысяч пикофарад.

При прямом напряжении емкость р-n-перехода определяется преимущественно диффузионной емкостью, а при обратном напряжении - барьерной емкостью.