Р-n-переход при прямом смещении

При приложении к р-n-переходу внешней разности потенциалов или внешнего смещения происходит нарушение его равновесного состояния. Это приводит к изменениютоков, протекающих через переход.

Смещение, при котором плюс источника питания приложен к р-области, а минус к n-области, называется прямым. При этом электрическое поле внешнего смещения Vпротивоположно полю Е_к.

Приложим к р-n-переходу прямое смещение V(рис.6.5). Под действием V все уровни в n-области сместятся вверх относительно уровней в р-области на величину qV. Это связано с тем, что поле внешней разности потенциалов Е противоположно Е_к. Поэтому, для того чтобы электрон перешел, например, с уровня Е_С n-области на уровень Е_С р-области он должен увеличить свою потенциальную энергию на величину q(Vк-V) , то есть высота потенциального барьера в р-n-преходе для основных носителей заряда уменьшилась на величину qV. На эту же величину сместяться относительно друг-друга и уровни Ферми E_F в р- и n-областях.

Уменьшение потенциального барьера для носителей заряда на величину qV приведет к увеличению потоков основных носителей заряда. Потоки неосновных носителей заряда останутся неизменными, поскольку поле в р-n-переходе не препятствует их движению через переход.

Основной носитель заряда, попадая в другую область перехода, становится неосновным носителем. В результате этого в приконтактных к р-n-переходу областях концентрации неосновных носителей будут повышены по сравнению с равновесным состоянием на величину Dn и Dр. Стационарная концентрация дырок в n-области станет равна:

р_n = р_nо + Dр,

а электронов в р-области:

n_р = n_ро + Dn.

В условиях равновесного р-n-перехода концен-трации основных и неосновных однотипных носителей заряда в контактирующих областях связаны соотношениями (6.2;6.3):

р_nо = р_ро , n_ро = n_nо .

Поскольку при прямом смещении высота потенциального барьера в р-n-переходе уменьшается на qV, то эти соотношения примут вид:

р_n = р_ро , n_р = n_nо .

Отношения:

,

показывают, что в прямо смещенном р-n-переходе концентрации неосновных носителей заряда в при контактных к переходу областях возрастают в

раз по сравнению с равновесным состоянием. Значит, в при контактных областях перехода появляются избыточные носители, то есть происходит инжекция неосновных носителей заряда в прямо смещенном р-n-переходе.

Увеличение концентраций неосновных носителей заряда связано с соответствующим увеличением плотностей токов основных носителей. Поэтому

= ,

= .

Так как плотности токов неосновных носителей j_ns и j_ps не зависят от величины потенциального барьера перехода, то полный ток, текущий через р-n-переход будет уже равен не нулю, а

= j_s , (6.5)

где j_s – плотность тока насыщения. Ток j^прямое– называют прямым, поскольку он отвечает внешней разности потенциалов V, приложенной в прямом направлении.