Вольтамперная характеристика реального p-n - перехода

При прямом смещении ВАХ реального p-n - перехода (кривая б на рис.5) располагается ниже по следующим причинам:

В области 1. При малых прямых напряжениях смещения в обедненной области p-n - перехода n×p>n_i² и темп рекомбинации носителей заряда преобладает над темпом тепловой генерации пар электрон–дырка. Появляется дополнительный рекомбинационный ток I¢_s который уменьшает ток I = I_s - I¢_s. Этот эффект необходимо учитывать для широкозонных полупроводников кремния и арсенид–галлия. В случае узкозонного германия им можно пренебречь.

В области 2. Большой уровень инжекции приводит к нарушению условия электрической нейтральности. Накапливается большой объемный заряд и при увеличении U ток растет не по экспоненциальному, а по степенному закону I~U ⁿ, где n > 1, обычно n ~ 2.

В области 3. Переход почти полностью открыт, на нем падает напряжение, близкое к контактной разности потенциалов j₀, а остальное напряжение падает на металлических контактах и областях р и n (в основном на высокоомной области базы):

U ≈ j₀ + Ir_б. (16)

При дальнейшем увеличении напряжения произойдет тепловое разрушение p-n - перехода. При расчете цепей постоянного тока, содержащих диоды, используют омическое сопротивление p-n перехода

. (17)

При обратном смещении p-n - перехода отклонение ВАХ от идеальной связано с током тепловой генерации электронов и дырок в обедненной области. При уменьшении обратного напряжения (по абсолютной величине оно возрастает) ширина обедненной области, в которой происходит генерация, увеличивается и обратный ток возрастает. При увеличении температуры обратный ток также возрастает за счет экспоненциального роста числа тепловых пар электрон–дырка. Приращение обратного тока будет тем заметнее, чем меньше абсолютное значение I_s, т.е. у полупроводников с широкой запрещенной зоной. При больших обратных напряжениях происходит пробой выпрямляющего электрического перехода рис. 6. В зависимости от физических явлений, происходящих в переходе, различают лавинный, туннельный и тепловой пробой.