ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД ПРИ ПРЯМОМ НАПРЯЖЕНИИ

Пусть источник внешнего напряжения подключен положительным полюсом к полупроводнику р-типа (рис. 2.2, а). Такое напряжение, у которого полярность совпадает с полярностью основных носителей, называется прямым. Действие прямого напряжения u_пр, вызывающее прямой ток i_пр через переход, поясняется потенциальной диаграммой на рис. 2.2,б.

Рис. 2.2. Электронно-дырочный переход при прямом напряжении

Электрическое поле, создаваемое в п — р-переходе прямым напряжением, действует навстречу полю контактной разности потенциалов. Это показано на рисунке векторами Е_к и Е_пр. Результирующее поле становится слабее, и разность потенциалов в переходе уменьшается, т. е. высота потенциального барьера понижается, возрастает диффузионный ток, так как большее число носителей может преодолеть понижен­ный барьер. Ток дрейфа при этом почти не изменяется, так как он зависит глав­ным образом от числа неосновных носителей, попадающих за счет своих тепловых скоростей на п — р-переход из п- и р-областей. Если пренебречь падением напряжения на сопротивлении областей п и р, то напряжение на переходе можно считать равным и_к — u _пр. Для сравнения на рис. 2.2,б штриховой линией повторена потенциальная диа­грамма при отсутствии внешнего напряжения.

Как известно, в этом случае токи равны и компенсируют друг друга. При прямом напряжении i_диф > > iд_Р и поэтому полный ток через переход, т. е. прямой ток, уже не равен нулю:

Если барьер значительно понижен, то можно считать, что при i_диф> i_др- прямой ток в переходе является чисто диффузионным.

Введение носителей заряда через пониженный под действием прямого напряжения потенциальный барьер в область, где эти носители являются неосновными, называется инжекцией носителей заряда. Слово «инжекция» означает «введение, впрыскивание». Применение термина «инжекция» необходимо для того, чтобы отличать данное явление от электронной эмиссии, в результате которой получаются свободные электроны в вакууме или разреженном газе. Область полупроводникового прибора, из которой инжектируются носители, называется эмиттерной областью или эмиттером. А область, в которую инжектируются неосновные для этой области носители заряда, называется базовой областью или базой. Таким образом, если рассматривать инжекцию электронов, то n-область является эмиттером, а р-область - базой. Для инжекции дырок, наоборот, эмиттером служит р-область, а базой — n-область.

Обычно концентрация примесей, а следовательно, и основных носителей в п- и р-областях весьма различна. Поэтому инжекция электронов из области с более высокой концентрацией основных носителей преобладает. Соответственно этому области и называют «эмиттер» и «база».

При прямом напряжении не только понижается потенциальный барьер, но также уменьшается толщина запирающего слоя (d_np < d) и его сопротивление в прямом направлении становится малым (единицы — десятки ом).

Поскольку высота барьера и_к при отсутствии внешнего напряжения состав­ляет несколько десятых долей вольта, то для значительного понижения барьера и существенною уменьшения сопротивления запирающего слоя достаточно подвести к п— р-переходу такое же прямое напряжение (десятые доли вольта). Поэтому большой прямой ток можно получить при очень небольшом прямом напряжении.

Очевидно, что при некотором прямом напряжении можно вообще уничтожить потенциальный барьер в п — р-переходе. Тогда сопротивление перехода, т. е. запирающего слоя, станет близким к нулю и им можно будет пренебречь. Прямой ток в этом случае возрастет и будет зависеть только от сопротивления п- и р-области. Теперь уже этими сопротивлениями пренебрегать нельзя, так как именно они остаются в цепи и определяют силу тока.