Вольтамперная характеристика ЭДП (ВАХ). Уравнение теоретической ВАХ и ее график

Вольт-амперной характеристикой(ВАХ) наз. графическую зависимость тока, протекающего через ЭДП, от значения и полярности прикладываемого к нему внешнего напряжения. Аналитическое выражение этой зависимости имеет вид I=I_S(e^U/Yт-1), (2.29) где I_S-ток насыщения; U - напряжение, приложенное к ЭДП, взятое со знаком "+" при прямом включении и со знаком "-" при обратном включении.

Теоретическая ВАХ ЭДП, построенная на основании (2.29), показана на рис. 1а. При комнатной температуре Y_Т=0,026 В, поэтому при увеличении прямого напряжения U_пр прямой ток увеличивается по экспоненциальному закону. Эту ветвь ВАХ наз. прямой. При обратном включении уже при U= -U_обр= -0,1 В величиной e^U/Yт в (2.29) можно пренебречь и считать, что обратный ток через ЭДП равен току насыщения.

Уравнение (2.29) получено без учёта ряда явлений, происходящих в области объёмного заряда и на поверхности ПП (термогенерация носителей в области объёмного заряда, поверхностные токи утечки, падения напряжений на сопротивлениях центральных p- и n- обл. и др.).Поэтому Реальная ВАХ ЭДП, полученная экспериментально, отличается от теоретической, показанной на рис. 1б штриховой линией.

Прямая ветвь реальной ВАХ проходит ниже теоретической. Это вызвано уменьшением прямого напряжения на ЭДП вследствие его частичного падения на нейтральных p- и n- обл.

При U_пр U_K диффузионное поле ЭДП полностью компенсируется внешним напряжением, поэтому на участке АВ зависимость между током и напряжением имеет линейный характер. В точке В прямой ток возрастает настолько, что выделяемая в ПП мощность превышает предельно допустимую и возникает необратимый тепловой пробой.

Обратная ветвь реальной ВАХ ЭДП характеризуется увеличением обратного тока с ростом обратного напряжения. Это связано с протеканием поверхностного тока утечки и увеличением интенсивности процесса генерации пар "электрон-дырка" в области объёмного заряда при увеличении обратного напряжения. При достаточно большом обратном может наступить электрический или тепловой пробой ЭДП.

Электрический пробой может носить лавинный или туннельный характер. Лавинный электр. пробой связан с лавинообразным увеличением пар "э.-д." под действием сильного эл. поля вследствие ударной ионизации атомов ПП. Обычно лавинный пробой наблюдается в ЭДП с малыми конц. акцепторов и доноров, или широких ЭДП, имеющих большую ширину области объёмного заряда по сравнению с узкими переходами получаемыми в ПП с большими конц. акцепторных и донорных примесей.

Туннельный электр. пробой обусловлен квантово-механическим туннелированием (переходом) носителей заряда сквозь запрещённую зону ПП без изменения их энергии. Туннельный пробой происходит в узких ЭДП, в которых создаётся большая напряжённость эл. поля - примерно 8^,10^5 В/см для кремниевых переходов и 3^.10^5 В/см - для германиевых. При этом энерг. Уровни p- и n- обл.смещаются таким образом, что нижние уровни зоны проводимости n-обл. располагаются напротив верхних уровней валентной зоны p-обл. (рис. 2).При этом энерг. уровнем зоны проводимости n-обл., занятым свободными электронами, соответствуют точно такие же свободные энерг. уровни валентной зоны р-обл.(дырки).

Рис. 1