Исходные представления и расчетные соотношения
Вольт-амперные характеристики полупроводникового диода
Цель работы
I. Расчет и построение вольт-амперных характеристик (ВАХ) полупроводникового диода при различных электрофизических параметрах идеального p-n перехода.
II. Расчет и построение ВАХ полупроводникового диода при учете сопротивления базы.
Исходные представления и расчетные соотношения
ВАХ идеального электронно-дырочного перехода определяется зависимостью тока от напряжения 
при прямом и обратном смещении перехода. При прямом смещении уменьшается высота потенциального барьера на границе перехода и ток через переход обусловлен диффузией (инжекцией) основных носителей заряда. В этой части ВАХ ток значительно возрастает с увеличением напряжения. При обратном включении напряжения возрастает величина потенциального барьера и увеличивается поле в переходе, при этом ток определяется дрейфом (экстракцией) неосновных носителей заряда. Обратный ток существенно меньше прямого тока, поскольку этот ток обусловлен неосновными носителями заряда с малой концентрацией, зависящей от температуры и ширины запрещенной зоны.
При выводе зависимости тока от напряжения в идеальном p-n переходе рассматривают плоскопараллельный переход с бесконечной протяженностью (отсутствуют краевые эффекты), считается, что поле сосредоточено в p-n переходе, при этом пренебрегают падением напряжения в объеме p-и n- областей. Пренебрегают токами утечки и процессами генерации и рекомбинации носителей заряда в области перехода, не учитываются процессы, приводящие к пробоям обратно смещенного перехода.
При принятых допущениях ВАХ p-n перехода можно представить в виде зависимости: 
, (1.1)
в которой 
- обратный (тепловой) ток, зависящий от площади перехода 
, ширины p-и n областей 
и 
, степени легирования материала ( 
и 
) и параметров полупроводника ( 
, 
, 
и 
). При ширине областей 
, 
величина обратного тока определяется соотношением:
, (1.2)
в котором и - концентрации неосновных носителей в 
- и 
областях в равновесном состоянии перехода,
, 
, (1.3)
- концентрация носителей в собственном полупроводнике, 
и 
- концентрации донорной и акцепторной примесей, и - диффузионные длины электронов и дырок, и - коэффициенты диффузии электронов и дырок. Величину теплового потенциала в формуле (1.1) 
( 
Кл – заряд электрона) можно определять по приближенной формуле 
В, в которой температура 
выражена в К. При расчетах принимается значение 
.
Дифференциальное сопротивление p-n перехода определяется соотношением: 
, (1.4)
зависящим от величины тока на вольтамперной характеристике. При этом 
достигает больших значений при стремлении обратного тока перехода к предельной величине .
Представленные расчетные соотношения получены в пренебрежении объемным сопротивлением базы 
, которое в реальных переходах изменяется в широких пределах от единиц до сотен Ом. В этих условиях внешнее напряжение распределяется между обедненным слоем и областью базы и зависимость тока от напряжения следует представлять в виде:
. (1.5)
При проведении расчетов целесообразно пользоваться зависимостью
(1.6)
для полученных по формуле (1.1) значений тока в идеальном p – n -переходе. Для определения дифференциального сопротивления реального перехода следует использовать соотношение
. (1.7)
При малых токах падение напряжение в базовой области можно не учитывать. Однако с ростом тока, когда 
, эта величина существенно превышает падение напряжения на переходе и на вольтамперной характеристикеВАХ перехода выделяется линейный участок, на котором 
.