Обратносмещенный p-n переход

Если к p-области подключить отрицательный полюс внешнего источника напряжения, а к n-области - положительный, то такое включение p-n перехода получило название обратного смещения p-n перехода. Схема включения p-n перехода представлена на рис.9.

Под действием обратного напряжения Uобр основные носители заряда будут перемещаться от границ p-n перехода вглубь областей. При этом ширина p-n перехода увеличивается, что хорошо демонстрируется потенциальной диаграммой рис.9.

Ширина обратносмещенного p-n перехода определяется по формуле

.

Приближенная запись для l_обр оправдана, так как çUобрç>>j_к. Из формулы для l_обр видно, что p-n переход расширяется не линейно с увеличением приложенного напряжения Uобр: вначале более быстро, затем расширение p-n перехода замедляется.

При подаче Uобр увеличивается потенциальный барьер, так как напряженность внешнего электрического поля Eвн совпадает с направлением напряженности внутреннего электрического поля Eк, уменьшается число основных носителей заряда, способных его преодолеть, и ток диффузии уменьшается. Уже при çUобрç=(0,1¸0,2) В ток диффузии становится равным нулю, а через p-n переход протекает только ток неосновных носителей заряда, образующих дрейфовую составляющую тока.

Рис.9

 

На рис.9 обозначено: l_о - ширина p-n перехода в равновесном состоянии, определяемая по зависимости 1 - распределение потенциалов в равновесном состоянии p-n перехода; l_обр - ширина p-n перехода при обратном смещении, определяемая по зависимости 2 - потенциальная диаграмма при обратном смещении p-n перехода; j_к - высота потенциального барьера в равновесном состоянии p-n перехода; (j_к+çUобрç) - высота потенциального барьера при обратном смещении p-n перехода.

В результате действия обратного напряжения снижается концентрация неосновных носителей заряда у границ p-n перехода и появляется их градиент концентрации. Возникает диффузия неосновных носителей заряда к границам p-n перехода, где они подхватываются электрическим полем p-n перехода и переносятся через p-n переход. Это поясняется диаграммой рапределения концентраций основных и неосновных носителей заряда в областях p-n перехода, приведенной на рис.10, на котором обозначено: L_n, L_p - длина диффузии электронов и дырок.

 

Рис.10

 

Как показано на рис.10, концентрация неосновных носителей заряда на границах p-n перехода практически падает до нуля. Снижение концентраций неосновных носителей заряда у границ p-n перехода, появление градиента их концентрации и диффузия неосновных носителей заряда к p-n переходу характеризуются экстракцией.

Экстракцией называется извлечение неосновных носителей заряда из областей, примыкающих к p-n переходу, под действием ускоряющего электрического поля.

 

Энергетическая диаграмма обратносмещенного p-n перехода приведена на рис.11.

Уровень Ферми в n-области опускается вниз на величину обратного напряжения Uобр. Обратный ток включает дрейфовую составляющую и равен:

.

С учетом принятых допущений имеем p_n>>n_p и i_Ep>>i_En, а следовательно, можно приближенно записать ; таким образом, дрейфовый ток несимметричного p-n перехода создается в основном неосновными носителями заряда базы (слаболегированная область p-n перехода).

 

Рис.11