Товщина переходу

Розглянемо  перехід з товщиною (рис. 1.13). Ця величина складається з товщини переходу вр-області та товщини переходу вn-області і визначається за формулою

, (1.32)

де Ф/м - електрична стала;

- відносна електрична проникність ( для кремнію,  для германію);

- контактна різниця потенціалів;

- прикладена зовнішня напруга.

Рисунок 1.13 – P-n перехід при

З формули (1.32) випливає, що товщина переходу залежить від ступеня легування областей НП (від концентрацій домішок) і від прикладеної напруги.

Чим вища концентрація домішок областей і, тим вужчий перехід. Для величинтаіснує закономірність

, (1.33)

тобто товщини  переходу в області р і області n обернено пропорційні концентраціям домішок цих областей. Якщо >>, тоді з (1.32) маємо

. (1.34)

Аналогічно при <<

. (1.35)

З формули (1.32) випливає, що збільшення прямої зовнішньої напруги на переходіприводить до зменшення його товщини. Фізично це зумовлено тим, що при прямому включенні основні носії заряду змушені рухатися в напрямку від невипрямних контактів до збідненого шару переходу, збагачуючи його. Опір переходу зменшується, сам перехід звужується (рис. 1.14 а).

а) б)

Рисунок 1.14 – Вплив напруги на товщину переходу

Збільшення зворотної напруги на переході приводить до збільшення його товщини. У цьому випадку основні носії заряду зміщуються в різні сторони від  переходу, і збіднений шар ще більше збіднюється на рухомі носії, його опір збільшується, а перехід розширюється (рис. 1.14 б).

Ємності переходу

Залежно від фізичної природи заряду, що змінюється в переході, розрізняють бар’єрну та дифузійну ємності.

Бар’єрна (зарядова) ємність визначається зміною нескомпенсованого заряду іонів при зміні товщини запірного шару під дією зовнішньої напруги. Ідеальний  перехід нагадує плоский конденсатор, пластинами якого є нейтральні низькоомні області НП. Отже, при використанні формули (1.32) бар’єрна ємність дорівнює

. (1.36)

З (1.36) випливає, що бар’єрна ємність збільшується при зростанні і, а також при зростанні прямої напруги. При зростанні зворотної напруги бар’єрна ємність зменшується. Характер залежностіпоказано на рисунку 1.15.

Рисунок 1.15 – Вольт-фарадна характеристика р-nпереходу

Дифузійна ємність зумовлена здебільшого процесами інжекції. Зміну заряду неосновних носіїв відносно рівноважного рівня біля переходу при зміні прямої напруги можна розглядати як прояв деякої ємності:

, (1.37)

де - величина інжектованого заряду.

Величина цієї ємності може бути розрахована за формулою

. (1.38)

Як правило, при прямому ввімкненні  переходу враховується лише дифузійна ємність, тому що бар’єрна ємність становить одиниці пікофарад, а дифузійна – десятки нанофарад.

Ємності переходу враховуються при складанні його еквівалентної схеми (рис. 1.16). На схемі - розподілений опірр- та n-областей; - поверхневий опір (для струмів поверхневого витоку);- диференціальний опір переходу.

Рисунок 1.16 – Еквівалентна схема р-n  переходу

Для кімнатної температури () справедлива формула Шоклі

, (1.39)

де подають у міліамперах.

При прямому вмиканні  переходу , тому еквівалентна схема набирає вигляду рис. 1.17 а. При зворотному, і спрощена еквівалентна схема переходу має вигляд рис. 1.17 б.

а) б)

Рисунок 1.17 – Еквівалентна схема р-n  переходу:

а) при прямому вмиканні; б) при зворотному вмиканні