Электронно дырочный переход при нарушении равновесия

Eсли приложить к р-n-переходу прямое внешнее напряжение c полярностью "+" на р-область и "–" на n-область, то, как видно из рис.1.3, суммарное электрическое поле, приложенное к ОПЗ р-n-перехода,уменьшится

< .

В результате влияния внешнего поля изменятся характеристики р-n-перехода: во-первых, ширина ОПЗ уменьшится до величины x_d, а, следовательно, увеличится барьерная емкость р-n-перехода; во-вторых уменьшится высота потенциального барьера на величину qU. Уменьшение высоты потенциального барьера приведет к тому, что наиболее высокоэнергетические электроны в n-области перехода и дырки в р-области в силу уменьшения поля, противодействующего диффузии, смогут диффундировать в соседние области, т.о. начнется процесс инжекции (инжекция — введение свободных носителей заряда в область полупроводника, где они являются неосновными, через потенциальный барьер при уменьшении его величины внешним электрическим полем).

Введем понятие коэффициента инжекции g — это отношение потока носителей из наиболее легированной области р-n-перехода к общему потоку носителей через р-n-переход.

(1.20)

J_n и J_p— плотности электронного и дырочного тока, соответственно.

При подачена р-n-переход обратного напряжения ("–" на р-область и "+" на n-область) суммарное поле, приложенное к ОПЗ, увеличивается: E_S=(E_диф+E)>E_диф (рис.1.4), что, соответственно приведет: во-первых, к увеличению ширины ОП3, а значит, к уменьшению величины С_j; во-вторых, к увеличению высоты потенциального барьера.

Если предположить, что ОПЗ бесконечно тонкая (идеализированный случай), и игнорировать все процессы, которые могут в ней происходить, то ток в р-n-переходе будет обусловлен тепловой генерацией носителей в областях, прилегающих к р-n-переходу, иих экстрагированием в соседние области.

Рисунок 1.3–p-n-переход при подаче прямого смещения

а — изменение ширины обедненного слоя;

б — изменение высоты потенциального барьера.

Ток экстракции (ток насыщения, тепловой ток) — выведение неосновных носителей заряда в соседние области р-n-перехода, где они являются основными.

Ширина ОПЗ и величина барьерной емкости р-n-перехода при U¹ 0 изменяются по закону

,

(1.21)

где n = 1/2 для резкого и n = 1/3 для плавного переходов, U — напряжение, поданное на р-n с учетом знака.

Рисунок 1.4 – Электронно дырочный переход при подаче обратного смещения

а — изменение ширины обедненного слоя;

б — изменение высоты потенциального барьера.