3.2. Неравновесное состояние перехода

Состояние перехода становится неравновесным, когда к переходу прикладывается внешнее напряжение. В зависимости от полярности внешнего напряжения потенциальный барьерφповышается или понижается по сравнению с его величинойφ₀в равновесном состоянии.

Подключение внешнего источника напряжения плюсом к p-области, а минусом – кn-области (рис. 5а), называют включением p-nпереходавпрямом направлении.НапряжениеU, приложенное к переходу таким образом, называетсяпрямым U = U_ПР, а протекающий через него токI–прямымтоком I = I_ПР. Увеличениепрямого напряженияуменьшает и напряженность электрического поля, и контактную разность потенциалов (φ = φ₀ – U_ПР). Обедненный подвижными носителями слой истончается и исчезает.Начинается диффузия основных носителей зарядов – в переход с двух сторон поступают электроны и дырки диффузионного тока, сопротивление перехода уменьшается, величина прямого тока увеличивается.

Рис. 5. Неравновесное состояние перехода:

а) включение перехода в прямом направлении;

б) включение перехода в обратном направлении

Если полярность подключения источника изменить на противоположную (рис. 5б), тогда p-nпереход становится включенным вобратном направлении. НапряжениеU, приложенное к переходу таким образом, называетсяобратным U = U_ОБР, а протекающий через него токI –обратным током I = I_ОБР. Увеличениеобратного напряженияусиливает в переходе электрическое поле, увеличивает контактную разность потенциалов (φ = φ₀+U_ОбР) и толщину обедненного слоя. В этом случаедиффузия основных носителей заряда через переход отсутствует и происходит экстракция (отextract– «извлечение») неосновных носителей заряда, ускоряющихся в суммарном поле контактной разности потенциалов и внешнего источника напряжения.Их дрейф создаёт обратный ток p-n перехода. При увеличении обратного напряжения до некоторой величины ток не увеличивается, так как вp-иn-областях число неосновных носителей в единицу времени определяется лишь температурой.