Электронно-дырочный переход.

Нелинейный элемент.

Работа различных полупроводниковых приборов основана на явлениях возникающих при контакте полупроводников обладающими разными типами проводимости. При плотном соприкосновении двух полупроводников с различными типами проводимости, электроны из «n» области, где их концентрация выше, устремляются в «p» область, где их концентрация ниже. Дырки из «p» области идут в «n» область, такое взаимное проникновение основных носителей из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией называется диффузией. В результате диффузии носителей, по обе стороны разделов двух полупроводников с различными типами проводимости, создаются объёмные заряды разных знаков. Они создают в пограничной зоне поле, препятствующее диффузии основных носителей.

Области на границе раздела двух полупроводников с различными типами проводимости, называется электронно-дырочный переход или p-n переход.

В зоне p-n перехода создаётся потенциальный барьер, преодолеть его могут только те основные носители, энергия которых его превышает. Преодолевая потенциальный барьер, основные носители рекомбинируют, увеличивая тем самым величину барьера, что уменьшает ток диффузии. Однако полностью ток диффузии прекратится, не может, это объясняется тем, что существует обратный ток p-n перехода, обусловленный дрейфом не основных носителей.

Дрейфующая составляющая тока понижает потенциальный барьер, в результате в p-n переходе устанавливается динамическое равновесие, при котором диффузионная составляющая тока основных носителей равняется дрейфовой составляющей не основных носителей, и суммарный ток через переход равен нулю.

Полупроводниковый диод.

При напряжении больше нуля, уменьшение потенциального барьера приводи к росту тока, диффузионная составляющая тока основных носителей превышает дрейфовую составляющую не основных носителей. При некотором напряжении потенциальный барьер полностью понижается, и далее ток диода определяется лишь сопротивлением кристалла, и нарастает линейно.

Явление введения носителей заряда, через потенциальный барьер в область, где эти носители являются не основными, называется инжекцией. Область, в которую инжектируются, не основные для неё носители, называется базовой областью, или базой. Область, из которой инжектируются носители, называется эмиттерной областью или эмиттером.

В полупроводниковом приборе обычно концентрация основных носителей в p и n областях различна, поэтому одна инжекция преобладает над другой, это преобладание инжекций и соответствует названиям эмиттера и базы.

На участке * нелинейность ВАХ объясняется, тем, что здесь ток определяется разностью увеличивающегося диффузионного тока основных носителей, и уменьшающегося дрейфового тока не основных носителей. Выше этого участка наблюдается дрейф основных носителей.

При U<0 и увеличении модуля этого напряжения внешнее поле складывается с полем потенциального барьера, под действием результирующего поля потенциальный барьер возникает уже при небольшом увеличении внешнего поля. Диффузия основных носителей через переход прекращается, а дрейф не основных носителей возрастает, так как концентрация не основных носителей невелика то и небольшого обратного напряжения достаточно для обеспечения насыщения дрейфового тока. Этот ток называется током насыщения, или тепловым током, так как он сильно зависит от температуры, увеличиваясь в е раз при увеличении температуры на каждые 10 градусов. Обратный ток медленно увеличивается с увеличением отрицательного напряжения, это объясняется наличием тока утечки по поверхности диода на участке p-n перехода.

С ростом обратного напряжения ток медленно нарастает, но, начиная с некоторого напряжения , обратный ток резко возрастает, это явление называется пробоем диода.

Различают три вида пробоев перехода:

1. электрический вызывается чрезмерным нарастанием напряженности электрического поля в переходе, при этом ток возрастает, потому что электрическое поле большой напряженности вырывает электроны из ковалентных связей, это приводит к возрастанию, концентрации носителей, и соответственно тока.

2. лавинный, при нём большие скорости не основных носителей заряда в области перехода, вызывают ионизацию нейтральных атомов и связанное с ней лавинообразное размножение зарядов. Электрический и лавинный пробой требуют для своего возникновения определённой напряжённости поля, поэтому напряжение при них практически неизменно. При уменьшении напряжения, ток через диод не проходит.

3. тепловой, вызывается нагревом перехода, и резким возрастанием термогенерации носителей заряда в области перехода, он является необратимым.