Обратное включение p-n перехода образуется, когда плюс источника питания подключается к n-области полупроводника, а минус — к
p-области. Обратное включение p-n перехода, а также графики концентрации носителей заряда и
потенциала показаны на рисунке 1.
Рисунок 1. Обратное включение
p-n перехода
При включении p-n перехода в обратном направлении, внешнее напряжение Uобр создает
электрическое поле, совпадающее по полярности с собственным полем p-n перехода, что приводит к росту
потенциального барьера на величину внешнего напряжения Uобр и увеличению относительного смещения энергетических зон на q(Uk + Uобр).
Энергетическая диаграмма p-n перехода при подаче открывающего напряжения показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Энергетические зоны полупроводника в районе
p-n перехода при подаче обратного напряжения
Увеличение контактной разности потенциалов на p-n переходе приводит к увеличению ширины запирающего
слоя. Она может быть найдена из соотношения для p-n перехода подстановкой вместо контактного потенциала
Uk суммарного напряжения Uk + Uобр. Формула для
вычисления ширины p-n перехода δ примет следующий вид:
, (1)
Возрастание потенциального барьера уменьшает диффузионные токи основных носителей,
так как меньшее их количество преодолеет увеличившийся потенциальный барьер. Для неосновных носителей поле в p-n
переходе остается ускоряющим, поэтому дрейфовый ток не изменится по сравнению
с прямым включением p-n перехода.
Уменьшение диффузионного тока приведет к нарушению условия равновесия, описываемого выражением (3) в статье "Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия". Через переход будет протекать ток,
определяемый в основном током дрейфа неосновных носителей.
Концентрация неосновных носителей у границ p-n перехода из-за уменьшения диффузионного перемещения
основных носителей уменьшится до некоторых значений np1 и pn1.
По мере удаления от p-n перехода концентрация неосновных носителей будет возрастать до равновесной. Значение
концентрации неосновных носителей заряда на любом удалении x от границ p-n перехода можно рассчитать
по следующим формулам, полученным при решении уравнения непрерывности для обратного включения p-n перехода:
, (2)
, (3)
где φт = kT/q — температурный потенциал (при 20°C равен 26 мВ);
k = 1.38×10−23Дж/К — постоянная Больцмана;
T — температура в градусах Кельвина;
q = 1.6×10−19Кулона — заряд электрона.
— расстояние проникновения "дырок" за счет диффузии;
— расстояние проникновения электронов за счет диффузии.
Выводы. При обратном включении p-n перехода:
- ширина p-n перехода увеличивается;
- ток через него практически не протекает.
- Для уменьшения обратного тока нужно использовать полупроводники с более широкой запрещённой зоной и увеличивать
степень их очистки от примесей.
Дата последнего обновления файла
08.06.2020
