Вольт-амперная характеристика электронно-дырочного перехода.
Лечение.
Остеомаляция.
Встречается редко и характеризуется потерей кальция, размягчения костей в результате нарушения фосфорно-кальциевого обмена. Чаще поражаются кости таза и позвоночник. Больная жалуется на боли в области тазобедренных суставов, позвоночника, симфиза, резко усиливающаяся при ходьбе. При осмотре отмечается болезненность костей, может быть их деформация.
Тетания беременных – возникает при понижении или выпадении функции паращитовидных желез, в результате чего нарушается обмен кальция. Клинически: судороги мышц, чаще верхних конечностей («рука акушера») реже – нижних («нога балерины»), иногда – мышц лица («рыбий рот»), туловища, гортани, желудка.
Создание лечебно-охранительного режима. С целью нормализации функции КГМ, подкорковых структур – психотерапия, электросон, электроанальгезия, седативные препараты (настойка пустырника, экстракт валерианы). Патогенетически оправдано применение витамина Д, рыбьего жира, препаратов кальция, витамина Е. В лечении тетании используется тиреоидин.
Больные с различными формами раннего гестоза и особенно с его рецидивами должны наблюдаться на ФАПе, в женской конс13ультации в группе риска акушерской и перинатальной патологии (поздние гестозы, невынашивание, гипотрофия плода, осложнения в родах).
Вольт-амперная характеристика(сокращенно ВАХ) – это график, показывающий зависимость тока, протекающего через p-n–переход, от величины и полярности приложенного к нему внешнего напряжения Uвнеш.
1.1. ВАХ идеализированного перехода.Вольт-амперная характеристика идеализированного p-n-перехода – это ВАХ такого перехода, у которого сопротивление областей полупроводника за пределами запирающего слоя, т.е. Rn и Rp, равны нулю.
Ток через p-n-переход состоит из диффузионногоI диф и дрейфового[1] I др токов
I рn= I диф – I др или I рn= I диф – I 0.
Диффузионный ток I диф зависит от полярности и величины приложенного внешнего напряжения Uвнеш и определяется по формуле
,
где I диф.0 – начальное значение тока диффузии при Uвнеш = 0В, равное тепловому току I0;
q = 1,6·10 – 19 Кл – заряд электрона;
k = 1,38·10 –23 Дж/К – постоянная Больцмана;
T – температура в градусах Кельвина;
φт = kT/q – температурный потенциал, который при температуре
Т = 300К = +27ºС примерно равен 0,026В;
С учетом того, что при Uвнеш = 0В диффузионный и тепловой (дрейфовый) токи равны, т.е. I диф.0 = I 0, можно записать
(1)
Тогда уравнение теоретической ВАХ для идеального p-n–перехода имеет вид
(2)
Если р-n-переход включен в прямом направлении, напряжение Uвнеш берут в этой формуле (2) со знаком плюс, если в обратном – со знаком минус.
Если p-n-переход включен в прямом направлении, то при Uвнеш > 0,05В, прямой ток Iпр растет с повышением напряжения экспоненциально, единицей в скобках в формуле (2) можно пренебречь, и считать, что ток равен
(3)
Если переход включен в обратном направлении, то уже при напряжении Uвнеш = Uобр = – 0,1В (или по абсолютному значению больше) можно в формуле (2) пренебречь экспонентой и считать, что
(4)
Таким образом, обратный ток Iобр равен тепловому току Iо, который от напряжения Uвнеш = Uобр не зависит. Рост тока Iо уже при незначительном повышении напряжения почти прекращается. Поэтому тепловой ток Iо также называют током насыщения.
| – Uобр |
| Обратная ветвь тока Ipn |
| Uпр |
| I0 |
| –I0 |
| Iдр |
| Прямая ветвь тока Ipn |
| Iобр |
| Iдиф |
| Iпр |
График теоретической вольт-амперной характеристики (ВАХ) идеализированного p-n–перехода показан на рис.1.
Рис.1. Теоретическая вольт-амперная характеристика (ВАХ)
идеализированного p-n–перехода
Вольт-амперная характеристика имеет две ветви: прямую, расположенную в первом квадранте графика (см. рис.1), и обратную, расположенную в третьем квадранте.
Обратный ток Iобр создается дрейфом через p-n-переход неосновных зарядов. Поскольку концентрация неосновных зарядов на несколько порядков ниже, чем основных, обратный ток многократно меньше прямого Iобр ≪ Iпр.
При небольшом увеличении обратного напряжения Uобр от нуля обратный ток Iобр сначала возрастает до значения, равного значению теплового тока (I0), а с дальнейшим увеличением Uобр обратный ток Iобр остается постоянным.
Свойство p-n-перехода проводить электрический ток в одном направлении значительно больший, чем в другом, называют односторонней проводимостью.
Электронно-дырочный переход, электрическое сопротивление которого при одном направлении тока на несколько порядков больше, чем при другом, называют выпрямляющим переходом.
1.2. ВАХ реального перехода, её отличие от теоретической.Вольт - амперная характеристика реального p-n–перехода отличается от теоретической ВАХ идеализированного p-n–перехода.
А. Отличие на участке прямой ветви. Совпадение прямых ветвей реальной и теоретической характеристик наблюдается только в области малых токов (участок ОА на рис.2), когда прямое напряжение меньше контактной разности потенциалов Uпр ˂ Uк .
При увеличении прямого напряжения Uпр, т.е. при больших прямых токах, становится заметным падение напряжения на сопротивлении p- и n- областей, поэтому необходимо учитывать эти сопротивления Rn и Rp. При этом напряжение на самом p-n–переходе Uрn будет заметно меньше напряжения источника прямого напряжения Uпр.
В результате этого реальная прямая ветвь ВАХ проходит ниже теоретической (рис.2).
Уравнение прямого тока для реального p-n-перехода, т.е. уравнение прямой ветви ВАХ реального перехода, может быть записано в виде
где Uпр – приложенное к переходу прямое напряжение, В; Iпр – прямой ток, А;
R = (Rn + Rp) – сопротивление n- и p-области полупроводника, не занятых запирающим слоем, т.е. собственно переходом, Ом.
Влияние температуры на прямой ток Iпр показано на рис.3. Из этих графиков видно, что при одном и том же приложенном прямом напряжении Uпр, например, равном 0,6В, прямой ток наибольший при росте температуры и наименьший при её уменьшении – Iпр1 > Iпр2 > Iпр3.
Причиной такого влияния температуры является уменьшение прямого сопротивления p-n–перехода из-за генерации пар зарядов (свободный электрон - дырка), а также из-за снижения потенциального барьера и увеличения энергии подвижных зарядов. Но, так как прямой ток Iпр зависит от концентрации основных носителей заряда, которая растет незначительно, это увеличение Iпр невелико. Вывод: температура изменяет величину прямого тока.
| Iпр3 |
| Iпр22 |
| Iпр1 |
| 0,6В |
| – 45ºС |
| Uпр |
| Iпр |
| +60ºС |
| +20ºС |
| Uк |
| Iпр.реал. |
| А |
| ∆Uпр = Iпр (Rn + Rp) |
| Uпр |
| Теоретическая |
| Iпр |
| Реальная |
Рис.2 Рис.3
Б. Отличие на участке обратной ветви. В отличие от теоретической обратной ветви Iобр (рис.1), реальная обратная ветвь Iобр идет под небольшим углом наклона (рис.4).
| Iут |
| Iг |
| I0 |
| Uпроб |
| Iобр |
| Uобр |
| реальный Iобр |
| Лавинный пробой |
| Тепловой пробой |
| Iобр |
| Uобр |
| Туннельный пробой |
Рис.4 Рис.5
Это вызвано следующими причинами:
а) наличием поверхностной проводимости (ток утечки Iут протекает по поверхности кристалла полупроводника под действием Uобр );
б) ростом генерации пар зарядов – свободный электрон - дырка – непосредственно в самом объеме p-n-перехода под действием тепла (Iг – ток термогенерации, зависящий от объема запирающего слоя и его температуры).
В общем случае обратный ток состоит из трех основных составляющих:
Iобр = I0 + Iут + Iг.
Влияние температуры на обратный ток Iобр германиевого и кремниевого переходов показано на рис.6.
| 50мкА |
| 75мкА |
| 25мкА |
| 1500В |
| Iобр |
| Uобр |
| +20ºС |
| +125ºС |
| Кремний |
| +70ºС |
| Германий |
| +20ºС |
| Iобр |
| Uобр |
| 400В |
| 0,4мА |
| 0,8мА |
| 1,2мА |
Рис.6