Короткі теоретичні відомості

Тонкий шар напівпровідника, в якому має місце про­сторова зміна типу провідності від електронної до діркової, називається електронно-дірковим або р-п-переходом. Електропровідність p-n-переходу залежить від напрямку струму: в одному напрямку (прямому) вона велика, в іншому (зворотному) - мала.

Розглянемо р-n-перехід за відсутності зовнішнього по­ля. Вільні електрони дифундують із n-області в р-область, де їх концентрація набагато менша і там рекомбінують з дірками. В результаті цього в р-області залишаються негативно заряджені акцепторні атоми, в n-області - пози­тивно заряджені донорні атоми. Оскільки акцепторні та до-норні атоми нерухомі, на межі p-n-переходу виникає подвійний шар просторового електричного заряду (мал. 2.54), який називають запираючим ша­ром. Він створює контактне електричне поле яке протидіє подальшій дифузії основних носіїв.

Мал. 2.54.

Різниця потенціалів, якою характеризується контактне поле, має величину кілька десятків мілівольт, її називають контакт­ною різницею потенціалів або висотою потенціального бар'єра. В умовах теплової рівноваги і при відсутності зовнішнього електричного поля струм через р-n-перехід дорівнює нулю: існує динамічна рівновага між струмом неосновних і основних носіїв. Зовнішнє електричне поле змінює висоту бар'єра і порушує рівновагу потоків основних та неосновних носіїв. Якщо зовніш­нє електричне поле має напрямок, протилежний до контакт­ного то висота потенціального бар'єра зменшується (мал. 2.55).

Мал 2.55

Через контакт йтиме струм, величина якого залежить від величини зовнішнього поля Цей напрям називається прямим або пропускним.

Якщо напрямок зовнішнього електричного поля збі­гається з напрямком то модулі їхніх напруженостей додаються, що й приводить до збільшення контактної різ­ниці потенціалів. За цієї умови струм основних носіїв через контакт буде дорівнюватиме нулю. Такий напрямок поля і відповідний спосіб підключення називають зворотним.

На мал. 2.56 показана залежність сили струму від напруги. Кривій ОА відповідає прямий струм, а кривій ОB -незначний обернений струм, що обумовлений рухом неосновних носіїв електричного заряду.

Як видно з графіка, сила прямого струму залежить від напруги - вона збільшується із збільшенням напруги. Сила зво­ротного струму від напруги практично не залежить. Вона визначається кількістю неосновних носіїв, які виникають за одиницю часу.

Мал. 2.57.

А ця кількість незмінна при фіксованих зовнішніх умовах (температура, освітленість тощо). Умовне зображення напівпровідникового діода показано на мал. 2.57. Якість напівпровідникового діода оцінюється ко­ефіцієнтом випрямлення k, який дорівнює відношенню сили прямого струму до зворотного, виміряних при одна­ковій напрузі

При роботі з діодом необхідно враховувати значення найбільшої зворотної напруги, яка може бути прикладена до діода без порушення його нормальної роботи.