Вольт – амперна характеристика (ВАХ )р-n- переходу.

Зворотне вмикання p-n переходу, при підключенні до нього зовнішньої напруги.

При зворотному вмиканні, p-n переходу прикладається зовнішня напруга ,внаслідок чого до його внутрішнього електричного поля додається зовнішнє електричне поле з напруженістю Е_зн. У результаті поле в p-nпереході зростає і його напруженість дорівнює .

Оскільки електричний опір p-nпереходу дуже великий, то майже вся напруга прикладається до нього. Отже, різниця потенціалів на переході становить

Запірні властивості переходу при цьому зростають, дифузійна складова струму зменшується, а дрейфова не змінюється (бо залежить лише від ступеня нагріву речовини). Через перехід протікає зворотний струм . Оскільки , то зворотний струм визначається концентрацією неосновних носіїв зарядів і є незначним.

Пряме вмикання p-n переходу, при підключенні до нього зовнішньої напруги.

При прямому вмиканні за зазначеної полярності зовнішньої напруги зовнішнє електричне поле спрямоване назустріч внутрішньому, і результуюча напруженість зменшується

При цьому зростає, а зменшується. Різниця потенціалів становить . У цьому випадку через перехід тече прямий струм .

Він обумовлюється дифузійною складовою струму, тобто залежить від концентрації основних рухомих носіїв зарядів, і є великим.

Важливо! p-n перехід має вентильні властивості (від нім. ventil - клапан), тобто при прямому вмиканні його опір малий, а при зворотному – значний.

Вольт – амперна характеристика (ВАХ)р-n- переходу.

 

1 – пряма гілка, 2,3 – зворотні.

1- Якщо напруга прямого вмикання U_пр<φ_к, через перехід, опір якого великий, тече малий струм. Як тільки збільшення прямої напруги досягне φ_к, запірні властивості зникають, і струм визначається лише провідністю р- та n-шарів. При зростанні від нуля зворотної напруги , швидкість руху неосновних носіїв через перехід зростає.

2- При швидкість рухомих носіїв така, що їх енергії вистачає для виникнення в матеріалі ударної іонізації – вибивання додаткових носіїв заряду. Внаслідок цього відбувається лавиноподібний зріст зворотного струму. Це явище називається електричним пробоєм p-nпереходу, a —напругою пробою. Якщо при цьому p-n перехід ефективно охолоджується, різке зростання потужності, що в ньому виділяється (), не призводить до суттєвих змін температури структури і електричний пробій протікає при незмінній напрузі. Це явище має зворотний характер. Тобто, при зниженні запірні властивості p-nпереходу відновлюються (гілка 2 ВАХ).

3- При неефективному тепловідведенні, температура структури зростає (кількість рухомих носіїв при цьому збільшується також за рахунок теплової генерації), доки електричний пробій не переходить у тепловий,коли матеріал розплавляється і p-n перехід руйнується. Тепловий пробій, зрозуміло, незворотний (гілка З ВАХ).

Важливо! p-n перехід – це явище, що виникає на межі двох НП різного типу провідності і характеризується відсутністю у прилеглій до цієї межі зоні вільних носіїв заряду, через що її опір нескінченний. Тому p-nперехід ще називають запірним шаром.

Примітка. Властивості p-n переходу, що використовуються при побудові електронних НП приладів:

1) одностороння провідність (вентильні властивості);

2) дуже великий опір зони p-n переходу як зони, де немає вільних носіїв заряду (запірні властивості);

3) зміна ширини p-n переходу зі зміною величини зворотної напруги (як результат – зміна ємності p-n переходу);

4) стабільність напруги на p-n переході у режимі електричного пробою;

5) наявність неосновних носіїв (що виникають внаслідок теплової генерації) в шарах p- та n-типу.