3.9.4. Вольтамперная характеристика р-n перехода

Вольтамперная характеристика р-n-перехода описывается выражением:

(1)

где I — ток через переход при напряжении U, Iо — обратный ток, U_t — температурный потенциал перехода, равный при комнатной температуре 26 мВ.

3.9.5. Пробои р-n перехода

Если к переходу подключить обратное напряжение, то при определенном его значении переход пробивается. Это явление называют пробоем. Различают три вида пробоя: туннельньй, лавинный и тепловой. Первые два связаны с увеличением напряженности электрического поля в переходе, а третий — с увеличением рассеиваемой мощности и, соответственно, температуры.

В основе туннельного пробоя лежит туннельный эффект, т.е. «просачивание» электронов сквозь тонкий потенциальный барьер перехода.

В основе лавинного пробоя лежит «размножение» носителей в сильном электрическом поле, действующем в области перехода. Электрон и дырка, ускоренные полем на длине свободного пробега, могут разорвать одну из ковалентных связей полупроводника. В результате образуется новая пара электрон-дырка, и процесс повторяется уже с участием новых носите­лей. При достаточно большой напряженности поля, когда исходная пара носителей в среднем порождает более одной новой пары, ионизация приобретает лавинный харак­тер, подобно самостоятельному разряду в газе. При этом ток будет ограничиваться только внешним сопротивлением. Явление пробоя находит практическое применение в стабилитронах — приборах, предназначенных для стабилизации напряжения.

В основе теплового пробоя лежит саморазогрев перехода при протекании обрат­ного тока. С ростом температуры обратные токи резко возрастают, соответственно увеличивается мощность, рассеиваемая в переходе: это вызывает дополнительный рост температуры и т.д. Как правило, тепловой пробой может начаться лишь тогда, когда обратный ток уже приобрел достаточно большую величину в результате лавинного или туннельного пробоя.

3.9.6. Емкости р-n перехода

Емкость перехода принято разделять на две составляющие: барьерную емкость, отражающую перераспределение зарядов в переходе, и диффузионную емкость, отражающую перераспределение носителей в базе. Такое разделение, в общем, условно, но оно удобно на практике, поскольку соотношение обеих емкостей различно при изменении полярности приложенного напряжения. При прямом напряжении главную роль играют избыточные заряды в базе и, соответственно, диффузионная емкость. При обратном напряжении избыточные заряды в базе малы и главную роль играет барьерная емкость. Обе емкости нелинейны: диффузионная емкость зависит от прямого тока, а барьерная — от обратного напряжения.

3.9.7. Светодиод

Светодиод – специально сконструированный диод, в котором предусмотрена возможность вывода светового излучения из области перехода сквозь прозрачное окно в корпусе.

При прохождении тока через диод в прилегающих к переходу областях полупроводника происходит интенсивная рекомбинация носителей зарядов – эле­ктронов и дырок. Часть освобождающейся энергии выделяется в виде квантов света. В зависимости от ширины запрещенной зоны полупроводника излучение может иметь длину волны либо в области видимого глазом света, либо невидимого инфракрасного излучения. Излучение переходов на основе арсенида галлия имеет длину волны около 0,8 мкм. Переходы из карбида кремния или фосфида галлия излучают видимый свет в диапазоне от красного до голубого цвета. Важ­нейшими параметрами светодиода являются яркость и цвет свечения (или спектральный состав излучения).

Кроме основных параметров диодов, для светодиода дополнительно указывается минимальный ток в прямом на­правлении, при превышении которого светодиод зажигается. Для измерения ВАХ светодиодов можно использовать приведенные ниже схемы.