Прямое и обратное включение pn-перехода

Прямое включение — это такое включение pn-перехода, при котором происходит понижение потенциального барьера и через переход протекает относительно боль­шой ток.

Для этого электрическое поле, создаваемое внешним источником, должно быть направлено встречно внутреннему полю перехода. Следовательно, «+» источни­ка должен быть подключен к р-области, а «-» к n-области. Поскольку сопротивление р- и n-областей мало, практически все напряжение источника оказывается приложенным к рn-переходу. Полярность напряжения внешнего ис­точника, приложенного к рn-переходу, условно показана знаками «+» и «-» над переходом. Понижение потенциального барьера приводит к увеличению тока диффузии, а на величину дрейфового тока не влияет. Поэтому через рn-переход и во внешней цепи будет протекать прямой ток, равный разности токов диффу­зии и дрейфового: Ι_пр = Ι_днф - Ι_др.

В n-область из р-области инжектируют дырки, а из n-области в р-область — свободные электроны.

В результате инжекции в полупроводнике образуется избыточная (по сравне­нию с равновесной) концентрация неосновных носителей заряда. Инжектирован­ные неосновные носители заряда, диффундируя в глубь данной области, рекомбинируют с основными носителями этой области. Поэтому избыточная концент­рация неосновных носителей заряда по мере увеличения расстояния от перехода уменьшается.

Таким образом, инжектированные носители заряда обладают лишь опреде­ленным конечным временем жизни τ.

Обратное включение — это такое включение рn-перехода, при котором происхо­дит повышение потенциального барьера.

Для этого «+» источника подключают к n-области, а «-» к р-области

Повышение потенциального барьера приводит к уменьшению тока диффу­зии, а дрейфовый ток практически остается неизменным, так как он зависит, как мы знаем, не от напряженности электрического поля, а от концентрации неос­новных носителей заряда в р-и n-областях. В результате через pn-переход и во внешней цепи будет протекать небольшой разностный ток, называемый обрат­ным током, равный разности токов дрейфового и диффузии: Ι _обр = Ι_др – Ι_диф,.

При повышении внешнего напряжения от нулевого значения ток диффузии быстро уменьшается до нуля (при U_обр порядка десятых долей вольта) и обрат­ный ток становится равным дрейфовому (тепловому) току, то есть Ι_обр = Ι_т.

Таким образом, обратный ток через рn-переход — это ток, образованный неосновными носителями заряда, которых при комнатной температуре мало, по­этому ток Ι _обр. небольшой.

Поскольку при обратном включении рn-перехода неосновные носители заря­да данной области могут только уходить из нее через рn-переход в смежную об­ласть, а в обратном направлении их переход невозможен из-за повышенного ис­точником потенциального барьера, в данной области понижается концентрация неосновных носителей заряда и становится ниже равновесной.

Процесс отвода неосновных носителей заряда в смежную область через рп-пе реход при подаче на него обратного напряжения называется экстракцией.