Теоретическая вольт-амперная характеристика p-n перехода

Вольт-амперная характеристика p-n перехода представляет собой график зависимости тока от напряжения, прикладываемого к нему. Она может быть получена теоретически в виде уравнения или экспериментально. Если экспериментальная характеристика не совпадает с теоретической, то уравнение вольт-амперной характеристики (ВАХ) корректируется.

При включении p-n перехода в прямом направлении в результате инжекции возникает прямой диффузионный ток. Как мы уже выяснили это ранее, это и есть ток ток проводимости. Плотность прямого тока, проходящего через p-n переход, является суммой jпр = jn_диф + jp_диф. Она описывается следующей формулой:

формула плотность прямого тока pn-перехода,        (1)
     где 
     Dn, Dp — коэффициенты диффузии электронов и дырок;
     pn0 — концентрация "дырок" в n-полупроводнике;
     np0 — концентрация электронов в p-полупроводнике;
     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.

Включение p-n перехода в обратном направлении приводит к обеднению приконтактной области неосновными носителями и появлению градиента их концентрации. Градиент концентрации является причиной возникновения диффузионного тока неосновных носителей. При этом выражение для плотности обратного тока электронно-дырочного перехода принимает следующий вид:

формула плотность обратного тока pn-перехода,        (2)

Объединяя выражения (1) и (2), можно записать уравнение для плотности тока в общем виде:

Общая формула зависимости плотности тока pn-перехода от приложенного 
напряжения,        (3)

где плотность тока насыщения js записывается следующим образом:

формула плотности тока насыщения p-n перехода,        (4)

Умножив плотность тока (1) на площадь p-n перехода, получим уравнение его вольтамперной характеристики:

формула теоретической вольт-амперной характеристики p-n перехода,        (5)

Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода, построенная по формуле (4), приведена на рисунке 1.

Вольт-амперная характеристика pn-перехода
Рисунок 1. График теоретической вольт-амперной характеристики p-n перехода

Здесь четко видно, что ток насыщения в обратной ветви вольт-амперной характеристики будет зависеть от ширины запрещенной зоны полупроводника. Чем она шире, тем меньше будет этот ток. Но при этом будет возрастать падение напряжения на прямой ветви вольт-амперной характеристики.

Дата последнего обновления файла 15.05.2020

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. 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 "Теоретическая вольтамперная характеристика 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/

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


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