Электронно-дырочный р-n переход

Основным структурным элементом большинства полупроводниковых приборов является электронно-дырочный (р-n) переход, образующийся в области контакта полупроводников р- и n-типа (рисунок 22а). Свойства этого перехода в основном и определяют принцип действия и функциональные возможности полупроводниковых приборов. В области контакта полупро­водников с различным типом проводимости происходит взаимная диффузия противоположных зарядов и их рекомбинация. Следовательно, в области контакта образуется тонкий слой, в котором отсутствуют свободные заряды.

В пределах р-n перехода возникает электрическое поле с контактной разностью потенциалов j_б, называемой барьерным потенциалом, препятст­вующее дальнейшему взаимному обмену зарядов между полупроводниками.

Рис.22а. Электронно-дырочный переход

Подключение к р-n переходу внешнего источника способно влиять на величину барьерного потенциала j_б и на толщину обедненного слоя, а, следовательно, и на величину тока, протекающего через р-n переход.

При подаче на кристалл р-типа плюса источника, а на n-типа - минуса источника величина j_б уменьшится, так как результирующий потенциал равен j= j_б -j_вн. Это вызовет уменьшение толщины обедненной области, а при |j_вн | > j_б эта область исчезнет, сопротивление р-n перехода резко уменьшится, и через него будет протекать ток, в основном определяемый внешними цепями. В этом случае принято говорить, что р-n переход смещен в прямом направлении.

Если полярность внешнего источника поменять, то обедненная область расширится, и ее сопротивление возрастает. В этом случае через р-n переход будет протекать очень незначительный обратный ток, обусловленный примесями в кристалле полупроводника. При этом включении принято говорить, что р-n переход смещен в обратном направлении.

Вольт-амперная характеристика р-n перехода, характеризующая зависимость величины тока через р-n переход от величины и знака напряжения, приложенного к нему, приведена на рисунке 23.

Рис. 23. Вольтамперная характеристика р — n-перехода: U — приложенное напряжение; I - ток через переход; Is — ток насыщения; Unp — напряжение пробоя.

Когда величина обратного напряжения достигнет некоторого критического значения, обратный ток через переход резко возрастает. Это явление называется пробоем диода.

Различают два вида пробоя: электрический и тепловой. Электрический пробой не вызывает разрушение р-n перехода и используется в стабилитронах, а тепловой пробой - необратимое явление, сопровождаемое разрушением, р-n перехода.

Стабилитрон - полупроводниковый прибор, в котором для стабилизации напряжения используется слабая зависимость напряжения лавинного /или туннельного/ пробоя от обратного тока через переход.

Условное графическое изображение стабилитрона

Максимально-допустимая температура для германиевых диодов составляет 80 . . . 100°С, а для кремниевых - 150 ... 200°С.

В настоящее время промышленностью выпускается большая номенклатура полупроводниковых приборов с одним р-n переходом, называемых диодами.

Варикапом называется полупроводниковый диод, в котором существенна зависимость емкости от величины обратного напряжения и который предназначен для применения качестве элемента с электрически управляемой емкостью. Применяются: - в генераторах (частотные модуляторы); - для электронной настройки частоты, выбора каналов в телевизорах и т.п.

Условное графическое изображение варикапа