Обратное включение pn-перехода

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.

Обратное включение pn-перехода
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.

Обратный pn-переход. Энергетические зоны
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:

Обратный pn-переход. формула определения ширины,        (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:

формула концентрации дырок при удалении от pn перехода,        (2)
формула концентрации электронов при удалении от pn перехода,        (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

Литература:

  1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. — М.: Радио и связь, 1998. — 560 с.
  2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с.
  3. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Учебное пособие. — Новосибирск.: СибГУТИ, 2003. — 77 с.
  4. Глазачев А. В. Петрович В. П. Физические основы электроники. Конспект лекций — Томск: Томский политехнический университет, 2015.

Вместе со статьей "Обратное включение p-n перехода" читают:

Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/

Прямое включение pn-перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/open/

Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/vah_teor/

Полупроводники с электронной проводимостью
https://digteh.ru/foe/semicond/n/

Полупроводники с дырочной проводимостью
https://digteh.ru/foe/semicond/p/

Ёмкость pn-перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/c/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2020

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 82 научных и научно-методических работ, в том числе 18 книг.

Top.Mail.Ru


Яндекс.Метрика