Электронно-дырочный переход при обратном напряжении

Пусть источник внешнего напряжения подключен положительным полюсом к области n, а отрицательным – к области р (рис. 11а). Под действием такого обратного напряжения u_обрчерез переход протекает очень небольшой обратный ток i_обр, что объясняется следующим образом.

Рис. 11. Электронно-дырочный переход при обратном напряжении

Поле, создаваемое обратным напряжением, складывается с полем контактной разности потенциалов. На рис. 11а это показывают одинаковые направления векторов Е_ки Е_обр.Результирующее поле усиливается, и высота потенциального барьера теперь равна u_к + u_обр (рис. 11б). Уже при небольшом повышении барьера диффузионное перемещение основных носителей через переход прекращается, т. е. i_диф = 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 – p-переход из n- и р-областей. Выведение неосновных носителей через n – p-переход ускоряющим электри­ческим полем, созданным обратным напряжением, называют экстракцией носителей заряда (слово «экстракция» означает «выдергивание, извлечение»).

Таким образом, обратный ток i_обрпредставляет 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 «выталкивается» из пограничных слоев в глубь п-и р-областей. Поэтому с увеличением обратного напряжения увеличивается не только высота потенциального барьера, но и толщина запирающего слоя (d_ср > d). Этот слой еще сильнее обедняется носителями, и его сопротивление значительно возрастает, т. е. R >> R_пр.

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 – p-перехода. А в р-области, удаляясь от n – p-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 в течение малого промежутка времени. Такой кратковременный ток подобен зарядному току конденсатора. По обе стороны n – p-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 – p-перехода сравнительно мало зависит от напряжения.