Обратная ветвь ВАХ реального p-n перехода

Обратный ток реального диода не остаётся постоянным и равным току насыщения I₀ , а растёт с увеличением обратного напряжения. Это объясняется тем, что уравнение идеальной характеристики учитывает только дрейфовый обратный ток неосновных носителей и не учитывает генерацию носителей в объёме перехода, токи утечки по поверхности, канальные токи, а также явление пробоя перехода. В реальном диоде обратный ток состоит из нескольких составляющих, а именно:

I_обр= I₀ + I_g + I_с + I_ут

Здесь I_g –ток генерации носителей в объёме p-n перехода и поскольку число носителей при увеличении обратного напряжения в переходе резко уменьшается, то ток генерации начинает преобладать над током рекомбинации и обратный ток определяется в основном током генерации. При увеличении обратного напряжения ток генерации растёт за счёт расширения перехода и соответственно объёма, в котором происходит генерация носителей.

I_c- канальные токи, обусловленные образованием проводящих слоёв в приповерхностных объёмах полупроводника каналов с инверсной проводимостью из-за плохого качества поверхности материала.

I_ут – ток утечки. Этот ток в основном протекает по поверхности полупроводникового материала, из которого изготовлен диод, и определяется чистотой поверхности и качеством защиты диода от внешней среды.

Величина всех составляющих обратного тока зависит от температуры, а ток генерации и канальные токи зависят ещё и от напряжения. Все перечисленные факторы и определяют вид ВАХ диода и её отличие от идеальной. Кроме этого вид ВАХ определяется материалом, из которого изготовлен диод. Главная причина отличия – ширина запрещённой зоны полупроводника, т.к. для появления прямого тока на диод надо подать напряжение, близкое к величине контактной разности потенциалов. У германия В., у кремния – 0,6 – 0,9 В.,

Поэтому прямая ветвь ВАХ кремниевых диодов дополнительно смещена вправо на 0,3 – 0,4 В.

Обратный ток германиевых диодов в основном определяется током насыщения I₀ и у маломощных диодов имеет величину десятки – сотни мкА. Током термогенерации можно пренебречь, поэтому

I _Ge = I₀ + I_у

Незначительный наклон обратной ветви характеристики германиевых диодов обусловлен током утечки.

Обратный ток кремниевых диодов на 3-4 порядка меньше, чем у германиевых диодов и относительно сильно зависит от обратного напряжения. Объясняется это тем, что ширина запрещённой зоны у кремния больше, чем у германия, а концентрация неосновных носителей, создающих ток I₀ , оказывается примерно в 1Е+6 раз меньше, и поэтому основными составляющими обратного тока кремниевых диодов являются ток термогенерации и ток утечки:

I_обр= I_g + I_ут

Диффузионная ёмкость p-n перехода

При прямом напряжении главную роль играют заряды, накапливаемые в базе диода за счёт диффузии основных носителей эмиттера через переход:

Коэффициент пропорциональности С_D называется диффузионной ёмкостью перехода, т.к. её появление связано с процессом диффузии неосновных носителей в базе. Диффузионная ёмкость отражает изменение напряжения на переходе, обусловленное изменением заряда в базе. Её величина определяется выражением:

Заметим, что диффузионная ёмкость является функцией тока и настолько нелинейная, что её использование при решении практических задач не упрощает анализ по сравнению с непосредственным использованием уравнением непрерывности.

Барьерная ёмкость p-n перехода

Взаимная диффузия носителей через p-n переход неизбежно связана с образованием некоторой разности потенциалов , а в близи перехода образуются ионы доноров и акцепторов, жёстко связанных с решёткой. Поэтому в переходе создаётся барьерная ёмкость .

В равновесном состоянии x_П зависит, главным образом, от концентрации примесей и может составлять от сотых долей до единиц микрометра. Переход ведёт себя как плоский конденсатор, обкладками которого являются его границы. Если к переходу приложить обратное напряжение, то с увеличением его переход расширяется, и его ёмкость будет определяться выражением:

l – коэффициент, зависящий от типа перехода (l = 0.5 для резкого перехода и l= 1/3 для плавного перехода).

Таким образом, в электронно-дырочном переходе существует два типа ёмкости – барьерная, отражающая перераспределение зарядов в переходе, и диффузионная, связанная с накоплением заряда в базе. При прямом включении основное значение имеет диффузионная ёмкость, а при обратном – главную роль играет барьерная ёмкость.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: