Вольтамперная характеристика р-п перехода
Если к р-п переходу, находящемуся в термодинамическом равновесии, приложить электрическое поле Е+ , направленное противоположно диффузионному ЕДиф (плюсом к полупроводнику р-типа, а минусом к полупроводнику п-типа), то высота потенциального барьера понизится на величину приложенного напряжения U+, а ширина области пространственного заряда уменьшится (рис.2.2 б):
(2.6)
Такое смещение называют прямым. В этом случае, все большее число основных носителей заряда смогут преодолеть потенциальный барьер и попасть в соседнюю область, где они являются неосновными носителями заряда. Это приводит к появлению относительно большого тока через р-п переход. Таким образом, через р-п переход происходит инжекция неосновных носителей заряда в область, примыкающую к р-п переходу. Ту область, в которую происходит инжекция неосновных носителей заряда, называют базой. В тоже время обратный процесс переноса неосновных носителей заряда из базы останется незначительным.
Тогда полный ток через р-п переход при прямом смещении будет равен:
(2.7)
где Js – обратный ток насыщения.
Из этого выражения следует, что при прямом смещении ток через р-п переход резко (экспоненциально) возрастает с увеличением приложенного напряжения.
Если к р-п переходу, находящемуся в термодинамическом равновесии, приложить электрическое поле Е- , направленное вдоль диффузионного ЕДиф (минусом к полупроводнику р-типа, а плюсом к полупроводнику п-типа), то высота потенциального барьера повысится на величину приложенного напряжения U- (рис.2.2 б). Ширина области пространственного заряда увеличится согласно (2.6), при замене в этом выражении U+ на –U-.
Такое смещение называют обратным. В этом случае, основные носители заряда не смогут преодолеть потенциальный барьер и попасть в соседнюю область. В тоже время для неосновных носителей заряда потенциальный барьер вообще отсутствует. Несновные носители под действием электрического поля втягиваются в область р-п перехода и проходя через него попадают в соседнюю область. Происходит так называемая экстракция неосновных носителей заряда. При этом через р-п переход будет протекать незначительный обратный ток, поскольку концентрация неосновных носителей в области базы незначительна.
Тогда полный ток через р-п переход при обратном смещении будет равен:
(2.8)
Обратный ток насыщения Js имеет тепловое происхождение и значительно зависит от температуры:
(2.9)
где Dn, μn, Ln – коэффициент диффузии, подвижность и диффузионная длина электронов в полупроводнике п-типа, соответственно;
Dр, μр, Lр – коэффициент диффузии, подвижность и диффузионная длина дырок в полупроводнике р-типа соответственно;
ρn, ρр - удельное сопротивление полупроводника п-типа и р-типа, соответственно;
ni – концентрация собственных носителей заряда в полупроводнике.
Зависимость тока от величины приложенного к р-п переходу напряжения называют вольтамперной характеристикой (ВАХ) перехода (рис.2.3). Таким образом, выражения (2.7) и (2.8) описывают ВАХ р-п перехода соответственно при прямом и обратном смещении. Как следует из рис.2.3 на ВАХ р-п перехода можно выделить три параметра перехода: обратный ток Js и обратное UОбр и прямое UПр падение напряжения. Таким образом, р-п переход обладает выпрямляющими свойствами, т.е. проводит ток в одном направлении. Однако, при повышении напряжения на обратносмещенном р-п переходе может возникнуть его пробой.
Под пробоем р-п перехода подразумевают резкое возрастание тока в нем при больших обратных напряжениях. Существует три вида пробоя: туннельный (зенеровский), лавинный и тепловой.
Туннельный пробой в обратносмещенном переходе связан с туннелированием носителей заряда через тонкий потенциальный барьер. При этом резко возрастает ток обратносмещенного р-п перехода.
Лавинный пробой происходит в толстых обратносмещенных р-п переходах, когда возникает ударная ионизация и лавинное размножение носителей заряда.
Тепловой пробой обусловлен разогревом р-п перехода при прохождении обратного тока в условиях, когда тепловыделение не компенсируется теплоотводом. На ВАХ возникает участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и чаще всего р-п переход выходит из строя.
Лавинный и туннельный пробой используются при создании определенных типов диодов: стабилитронов, туннельных и лавинно-пролетных диодов.
- Вступление
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Полупроводниковые материалы
- 2 Структура и зонная диаграмма собственных и примесных полупроводников
- 3 Параметры собственных полупроводников
- 4 Параметры примесных полупроводников
- 5. Электропроводность примесных полупроводников.
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа №2 Исследование основных типов полупроводниковых диодов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторная схема
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Подготовка измерительного стенда к измерению вольтамперных характеристик диодов и стабилитронов.
- Исследование германиевого микросплавного импульсного диода типа гд508а.
- Исследование кремниевого маломощного стабилитрона типа 1n5201.
- Теоретические знания
- Образование электронно-дырочного перехода
- Вольтамперная характеристика р-п перехода
- Полупроводниковые диоды
- Влияние внешних факторов на вах реальных диодов
- 3 .2 Классификация диодов
- Параметры и применение исследуемых типов диодов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 3 Исследование статических характеристик основных типов биполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- 1. Подготовка измерительного стенда к измерению статических характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с оэ.
- 2. Исследование кремниевого эпитаксиально-диффузионного биполярного транзистора п-р-п типа кт315е.
- Теоретические знания
- 1 Структура и основные режимы работы биполярного транзистора
- 2 Работа транзистора в активном режиме
- 3 Сравнение различных схем включения транзистора
- 4 Малосигнальные параметры биполярного транзистора
- 6 Статические характеристики биполярного транзистора
- 7 Модель Эберса-Молла
- 8 Работа транзистора в импульсном режиме
- 9 Классификация биполярных транзисторов
- 10 Система обозначений биполярных транзисторов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 4 Исследование статических параметров основных типов униполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Исследование полевого транзистора управляемого р-п переходом и каналом п-типа кп303и.
- Теоретические знания
- 1 Структура и принцип работы униполярного транзистора с управляющим р-п переходом
- 2 Структура и принцип работы униполярного транзистора с изолированным затвором
- 4 Малосигнальные параметры униполярных транзисторов
- 5 Основные схемы включения униполярных транзисторов
- 6 Классификация униполярных транзисторов
- 7 Система обозначений униполярных транзисторов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 5 Исследование rс-усилителя на биполярном р-п-р транзисторе, как основного усилителя систем управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Выбор режима работы усилителя по постоянному току
- Нагрузочная прямая строится следующим путем (только для линейной нагрузки):
- 2 Стабилизация работы транзисторного усилителя с помощью отрицательной обратной связи
- 3 Амплитудно - частотная характеристика усилителя
- 4 Эмиттерный повторитель напряжения
- Если учитывать сопротивление базового делителя, то входное сопротивление приблизительно равняется
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 6 исследование основных схем включения операционного усилителя, применяемых в системах управления
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Идеальный операционный усилитель
- 2 Параметры реального операционного усилителя
- 3 Основные схемы включения операционных усилителей
- 4 Зависимость коэффициента усиления оу и фазового смещения от частоты
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 7 Исследование основных схем включения мультивибраторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- 1. Исследование мультивибратора на биполярных транзисторах
- 2. Исследование мультивибратора на операционном усилителе
- Теоретические знания
- 1 Мультивибратор на биполярных транзисторах
- 2 Мультивибратор на основе операционного усилителя (оу)
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 8 исследование типОвых логических функциональных элементов интегральных микросхем
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- Классификация интегральных микросхем
- 2 Условные обозначения и таблицы истинности основных логических элементов
- 3 Типовые схемы базовых логических элементов интегральных микросхем
- 4 Сравнение ттл и кмоп логических элементов
- Контрольные вопросы