Вольт – амперная характеристика р-n-перехода

Были получены соотношения для прямого и обратного токов

Эти формулы можно объединить, если считать, что прямому смещению соответствует V > 0, а обратному смещению V < 0. тогда выражения для плотности тока, протекающего через р-n-переход, будет иметь вид:

j = j_s .

Если же рассматривать полный ток, протекающий через р-n-переход, то плотность тока надо умножить на площадь перехода S и тогда :

J = J_s . (6.7)

Это уравнение представляет собой вольт-амперную характеристику (ВАХ) р-n-перехода и выражает количественную связь между током, текущим через переход, и внешней разностью потенциалов, приложенной к переходу.

При приложении к переходу обратного смещения

, а J J_s .

Практически J^обр » - J_s достигается уже при очень малых V. Таким образом, ток J_s является обратным током перехода в рассматриваемой модели.

При приложении к р-n-переходу прямого смещения ток через переход растет по экспоненте и уже при незначительных напряжениях достигает большой величины. Так при V = - 0,5 В J^обр = J_s; а при V = 0,5 В J^прямое = J_se ²⁰.

Отношение:

» 5*10⁸.

Это свидетельствует о том, что р-n-переход обладает односторонней проводимостью. Вид ВАХ представлен на рисунке. Выпрямительные свойства р-n-перехода используются в полупроводниковых диодах.

Для более детального анализа ВАХ перехода ее записывают следующим образом:

J = J_s , J_s = S .

Используя основное уравнение полупроводника n_ор_о = n_i²;применительно к данному случаю, работу в области температур истощения примеси и t = L²D, получим:

J = J_s = = . (6.8)

То есть ток через переход определяется в общем случае двумя компонентами: J_n – электронной и J_p – дырочной. Это справедливо для симметричного р-n-прехода: N_Д » N_А.

В не симметричных и особенно в односторонних переходах, когда концентрации донорной и акцепторной примесей существенно различны, то одна из компонент тока будет много больше другой.

В случае N_Д >> N_А, то есть для р-n⁺-прехода, получим:

J = J_s = . (6.9)

Видно, что основной составляющей является электронная. Ток через переход определяется движением электронов, процессы связанные с дырками можно не учитывать, то же касается дырок.