Прямое включение pn-перехода

Прямое включение pn-перехода образуется когда положительный полюс источника питания подключается к р-области, а отрицательный полюс — к n-области. При обратной полярности источника питания включение pn-перехода называют обратным. Прямое включение pn-перехода показано на рисунке 1.

Прямое включение pn-перехода
Рисунок 1. Прямое включение pn-перехода

Прямое напряжение Uпр создает в p-n переходе внешнее электрическое поле, направленное навстречу собственному полю pn-перехода. Напряженность результирующего поля уменьшается, и уровни Ферми смещаются таким образом, что потенциальный барьер уменьшается до UкUпр. Это сопровождается сужением запирающего слоя, ширина которого может быть найдена из соотношения (13) для p-n перехода в состоянии равновесия подстановкой вместо Uк величины UкUпр:

формула определения толщины pn-перехода,        (1)

Поскольку сопротивление pn-перехода значительно превышает сопротивление нейтральных p- и n-областей, то внешнее напряжение Uпр почти полностью падает на pn-переходе. В результате снижения потенциального барьера большее количество основных носителей зарядов получает возможность переходить в соседнюю область за счет диффузии, что сопровождается ростом диффузионного тока. Дрейфовый ток при этом не изменится, поскольку он зависит от количества неосновных носителей на границах p-n перехода. Оно зависит только от концентрации примесей в полупроводнике и его температуры.

Увеличение диффузионного тока через p-n переход при неизменном значении дрейфового тока приводит к нарушению термодинамического равновесия, описываемым выражением (3) в статье "Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия". В результате через переход будет проходить ток Iпр, в основном определяемый диффузионной составляющей.

Дополнительная диффузия носителей зарядов приводит к тому, что на границе p-n перехода повышаются концентрации "дырок" в области n-типа до некоторого значения pn1 и электронов в p-области до значения np1. Повышение концентраций неосновных носителей в p- и n-областях под воздействием внешнего напряжения, приложенного к электронно-дырочному переходу, получило название инжекции неосновных носителей. Область, из которой происходит инжекция, получила название эмиттер (излучатель – англ.), а область, в которую осуществляется инжекция – базой.

Концентрацию инжектированных носителей заряда очень важно узнать в таких электронных приборах, как биполярный транзистор. Поэтому важно научиться ее расчитывать. Для рассчёта можно воспользоваться формулами определения концентрации неосновных носителей (6) и (7), которые мы получили при анализе контактной разности потенциалов p-n перехода. Заменим Uк значением напряжения на p-n переходе UкUпр. Тогда концентрация носителей может быть рассчитана следующим образом:

Концентрация инжектированных дырок для n-области вблизи p-n перехода        (2)
Концентрация инжектированных электронов для p-области вблизи p-n перехода        (3)

Выводы:

  1. ток через открытый электронно-дырочный переход подчиняется экспоненциальному закону
  2. при протекании тока через p-n переход вблизи его резко увеличивается проводимость полупроводника

Дата последнего обновления файла 13.05.2019

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. Батушев В. А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. -383 с.
  4. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Методические указания и контрольные задания. СибГУТИ, 2002.

Вместе со статьей "Прямое включение pn-перехода" читают:

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

Обратное включение pn-перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/close/

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

Полупроводники с электронной проводимостью
https://digteh.ru/foe/nsemicond/

Полупроводники с дырочной проводимостью
https://digteh.ru/foe/psemicond/

Дрейфовый ток
https://digteh.ru/foe/dreif_i/

Диффузионный ток
https://digteh.ru/foe/diffuz_i/


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