1.3. Бар'єрна ємність p‑n переходу.
У електронно-дірковому переході існує подвійний електричний шар з позитивно заряджених донорів з однієї сторони і негативно заряджених акцепторів з іншої. Цей подвійний електричний шар, який розташований між p‑ і n‑ областями, подібний до заряджених обкладок конденсатора, з тією лише відмінністю, що у звичайного конденсатора заряд зосереджений на обкладках, а у p‑n переходу він розподілений у подвійному електричному шарі (запірному шарі), який володіє діелектричними властивостями.
Цю ємність називають бар'єрною, або зарядною ємністю p‑n переходу.
Бар'єрну ємність p‑n переходу можна визначити за формулою плоского конденсатора:
.
Залежність бар'єрної ємності від зовнішньої напруги можна встановити за допомогою вказаної формули, виразивши в нійE , через U. Після ряду перетворень отримаємо:
,
де:
— бар'єрнаємність p‑
n переходу при U = 0. [У плавних p‑n
переходах, у яких p‑провідністьпоступово
переходить у провідність типу n, формула
стаєбільш точною при коренікубічному].
Припрямомузміщенні p‑n переходуйоготовщиназменшується і бар'єрнаємністьзростає.Однакприцьомубар’єрнуємністьшунтуємалийопірвідкритого p‑n переходу, томуїївпливвиявляєтьсянезначним.
Призворотномузміщенні p‑n переходуйоготовщиназбільшується, а бар’єрнаємністьзменшується.Прицьомубар'єрнаємністьшунтуєвеликийопірзакритого p‑n переходу, і їївпливможевиявитисяістотним.
На Рис. 1.6, як приклад.показана залежністьбар'єрноїємностігерманієвогодіодавідвеличинизворотноїнапруги. Яквидно з графіка, ємністьскладаєдесяткипікофарад.
При прямихнапругахбар'єрнаємністьменшавіддифузійної. При зворотнихнапругах вона значнобільша за U , яка у даномувипадку практично дорівнює нулю.
Рис. 1.6. Залежністьбар’єрноїємності p‑n переходувідприкладеноїдоньогозворотноїнапруги.
1.4. P‑ n перехід при штучному підвищенні концентрації неосновних носіїв у його районі.
Підвищену концентрацію неосновних носіїв у приконтактних областях p‑n переходу можна підтримувати штучно, наприклад, інжекцією носіїв, місцевим розігрівом області p‑n переходу або опроміненням (кванти променевої енергії повинні проникати в область p‑n переходу).
Підвищена концентрація неосновних носіїв у районі p‑n переходу викликає збільшення струму неосновних носіїв:
.
Отже, у загальномувипадку, струм p‑n переходу буде дорівнювати:
.
Отриманийвиразвідрізняєтьсявідвиразуструму p‑n переходу, розглянутогоранішетількиоднієюдодатковоюскладовою.
На Рис. 1.7, а показаний p‑n перехід з під’єднаним до нього опором навантаження.
Рис. 1.7. Вплив на p‑nперехідсвітлового потоку
а – складовіструмівp‑n переходу і струм зовнішнього кола;
б – зниженняконтактноїнапруги на p‑nпереході й утворенняе.р.с.
Якщо штучно підвищувати
концентрацію неосновних носіїв у районі
p‑n
переходу (наприклад, за допомогою
опромінення), то в зовнішньому колі
з'явиться струм , а на виводах опору
з’явиться е.р.с. . Виникнення цієї е.р.с.
пов'язане зі зменшенням контактної
напруги опроміненого p‑n
переходу:
.
При
цьому
струм
виявляєтьсярівним:
.
Знак мінус перед струмомвказує на те, щовінпротилежнийструмовідифузії та збігаєтьсязіструмомнеосновнихносіїв. Розв’язавшицерівняннявідносно , отримуємо:
.
При розімкненомузовнішньомуколі (холостомуході)е.р.с., яка виникає у p‑n переходістановитиме:
.
При короткому замиканніколи струм, якийпротікає у зовнішньомуколі, буде рівним:
.
З усьоговикладеноговипливає, щоp‑n перехідволодієодносторонньоюпровідністю, зміннимибар’єрноютадифузійноюємностями, а такожможеперетворюватидеяківидиенергії в електричну.
Використана література
-
http://vozom.org.ua/index.php/elektronno-dirkovyi-perekhid?showall=1&limitstart=