Обратное смещение, возникает когда к р- области приложен минус, а к n-области плюс, внешнего источника напряжения. Такое внешнее напряжение U включено согласно jк. Оно: увеличивает высоту потенциального барьера до величины jк + U; напряженность электрического поля возрастает; ширина p-n перехода возрастает; процесс диффузии полностью прекращается и через p-n переход протекает дрейфовый ток, ток неосновных носителей заряда. Такой ток p-n -перехода называют обратным, а поскольку он связан с неосновными носителями заряда, которые возникают за счет термогенерации то его называют тепловым током и обозначают - I0, т.е. Iр-n=Iобр=Iдиф+Iдр @Iдр= I0.
Этот ток мал по величине т.к. связан с неосновными носителями заряда, концентрация которых мала. Таким образом, p-n переход обладает односторонней проводимостью.
При обратном смещении концентрация неосновных носителей заряда на границе перехода несколько снижается по сравнению с равновесной. Это приводит к диффузии неосновных носителей заряда из глубины p и n-областей к границе p-n перехода. Достигнув ее неосновные носители попадают в сильное электрическое поле и переносятся через p-n переход, где становятся основными носителями заряда. Диффузия неосновных носителей заряда к границе p-n перехода и дрейф через него в область, где они становятся основными носителями заряда, называется экстракцией. Экстракция и создает обратный ток p-n перехода- это ток неосновных носителей заряда.
Величина обратного тока сильно зависит: от температуры окружающей среды, материала полупроводника и площади p-n перехода.
Температурная зависимость обратного тока определяется выражением 
, где 
- номинальная температура, 
- фактическая температура, 
- температура удвоения теплового тока.
Тепловой ток кремниевого перехода много меньше теплового токо переехода на основе германия 
(на 3-4 порядка). Это связано с jк материала.
С увеличением площади перехода возрастает его обьем, а следовательно возрастает число неосновных носителей появляющихся в результате термогенерации.
ВАХ р-n перехода
Это зависимость тока через р-n переход от напряжения на нём i=f(u).
Аналитически, при прямом и обратном смещении ВАХ записывают в виде
Часто ВАХ, для наглядности, представляют в виде графиков.
График вольт амперной характеристики приведен на рис. Для наглядности прямая и обратная ветви показаны в разных масштабах, например, по току масштабы отличаются в тысячу раз. Главное свойство p-n перехода – это его односторонняя проводимость, т.е. способность пропускать ток в прямом направлении и практически не пропускать в обратном. Если прямую и обратную ветвь построить в одном масштабе, то ВАХ p-n перехода имеет вид, как показано на рис. Из рисунка четко видно, что p-n переход обладает односторонней проводимостью, т. е. Iпр>>Iобр или Rпр<<Rобр.
Дифференциальное сопротивление p-n перехода при прямом смещении определяется из соотношения rдиф= jт/Iпр. Так, например, при I=1мА и jт=25мВ rдиф=25Ом.
9.Пробой p-n перехода
Согласно математической модели p-n-перехода его обратный ток равен тепловому Iобр = I0 и не зависит от величины обратного напряжения. Однако при значительных обратных напряжениях возникает резкое возрастание тока. Это явление, резкого возрастания тока при обратном смещении p-n перехода, называют пробоем p-n-перехода, а напряжение, при котором происходит это явление - напряжением пробоя. Классификация видов пробоя показана на рис.
Электрический пробой обратимый, т.е. после уменьшения величины обратного напряжения p-n-переход восстанавливает свои первоначальные свойства. Тепловой пробой, необратимый. Он сопровождается разрушением кристаллической решетки p-n-перехода, после чего p-n-переход не восстанавливает свои первоначальные свойства. Тепловой переход возникает вследствие разогрева p-n-перехода собственным обратным током. Тепловой пробой возникает, когда мощность, подводимая к переходу Рподв=UобрI0 становится больше отводимой Ротв. При протекании обратного тока температуры p-n-перехода повышается, это ведет к усилению процесса термогенерации, т.е. к росту числа неосновных носителей заряда. Это приводит к новому увеличению Jобр, что приводит к ещё большему разогреву p-n-перехода. Этот процесс развивается лавинообразно, в результате чего температура повышается и происходит расплавление p-n-перехода.
Вольт амперная характеристика при различных пробоях показана на рис.: (1) - Лавинный. (2) - Туннельный. (3) - Тепловой. На этих зависимостях участок 1-2 – электрический пробой, а участок 2-3 – тепловой пробой.
10.Ёмкости p-n перехода
Тот факт, что p-n переход накапливает электрический заряд свидетельствует о том, что он обладает ёмкостью. Емкость p-n перехода состоит из двух составляющих -различают барьерную 
и диффузионную 
емкости.
а) При обратном смещении преобладает барьерная емкость Сбар>Сдиф. Она связана с неподвижными ионами примесей, коцентрация которых невелика. Величина этой емкости зависит от величины напряжения на p-n переходе.
, 
где 
- ёмкость, при 
, 
- обратное напряжение, 
- зависит от типа p-n перехода (n=1/2 – для резкого, n=1/3 – для плавного перехода), ε — диэлектрическая проницаемость; П — площадь р-n-перехода. Эта зависимость связана с тем, что при увеличении обратного напряжения p-n переход расширяется. Барьерная емкость зависит от площади перехода П, напряжения на переходе U, а также от концентрации примесей.
б) Диффузионная ёмкость, преобладает (Сдиф>>Сбар) при прямом смещении p-n-перехода и характеризуется накоплением неосновных носителей зарядов вблизи p-n-перехода при протекании прямого диффузионного тока (тока инжекции)
, 
, где 
- время жизни неосновных носителей заряда, 
- время, в течение которого протекает прямой ток Iпр.
В целом, если сравнивать диффузионную и барьрную емкости, то выполняется соотношение Сдиф>>Сбар. Это связано с тем, что диффузионная емкость связана с прямым, диффузионным током (током основных носителей заряда), который может достигать больших величин.На практика используется лишь барьерная ёмкость, т.к. диффузионная емкость обладает малой добротностью, поскольку параллельно этой ёмкости включён p-n переход, смещённый в прямом направлении с малым прямым сопротивлением.
Полупроводниковые диоды
|
Полупроводниковый диод представляет собой полупроводниковый прибор с одним p-n переходом и двумя выводами. Большинство диодов изготовлены на основе несимметричного p-n-перехода. При этом одна из областей диода, обычно (р+) высоколегированна и называется эмиттер, другая слаболегированная область (n) получила название - база. Р-n - переход размещается в базе т.к она слаболегирована. Между каждой внешней областью полупроводника и ее выводом имеется омический контакт. В зависимости от технологии изготовления различают: точечные диоды, сплавные и микросплавные, с диффузионной базой, эпитаксиальные и др.
По функциональному назначению диоды делятся на: выпрямительные, универсальные, импульсные, стабилитроны и стабисторы, варикапы, тунельные и обращенные, а также СВЧ-диоды и др.