Обратное смещение р-n-перехода

Напряжение смещения Uꞌ называют обратным напряжением, если оно приложено к клеммам Э и Б так, что Δφ>Δφ₀. На рис. 4 полярность этого напряжения имеет «плюс» на Б и «минус» на Э.

При обратном смещении р-n -перехода возрастают по сравнению с равновесными значениями разность потенциалов, высота и ширина потенциального барьера

(6)

а также на Δ E_F =q_eUꞌ смещается «вниз» на зонной диаграмме уровень Ферми E_Fп относительно уровня Ферми E_Fp.

Напряжением Uꞌ система выведена из состояния равновесия (E_Fn < E_Fр) при неизменной температуре. Равновесные значения концентрации основных и неосновных носителей тока в р- слое и в n -слое сохраняются. Неизменным остается и положение ВЗ и ЗП относительно уровней Ферми в каждом слое. Вместе с уровнем Ферми смещаются «вниз» относительно р- слоя ВЗ и ЗП n -слоя, как показано на зонной диаграмме (рис. 4).

При обратном смещении и при Т = const дрейфовый поток Δ P_n дырок из n- слоя остается таким же, как и в состоянии равновесия.

Диффузионный же поток дырок Δ P_p из р -слоя ввиду увеличения высоты Δ E потенциального барьера (Δ E > E ₀)существенно уменьшается по сравнению с равновесным значением: Δ P_p << P_{р 0}.

Преимущественный дрейфовый переход дырок из n -слоя в р -слой (экстракция, или отсос дырок из базы) создает в n -слое вблизи его границы с p-n -переходом «дефицит дырок», распространяющийся по мере удаления от границы (вдоль оси Х) в соответствии с формулой

(7)

где максимальное значение «дефицита» (при Х=0) ∆Pꞌ ₀= ∆P_p – ∆P_n < 0.

Рис. 4

Дырки, покидающие n -слой, компенсируются притоком их из глубины n -слоя, что эквивалентно оттоку свободных электронов во внешнюю цепь через клемму Б. В р -слое сверхравновесные дырки, проникшие через р-n -переход, компенсируются рекомбинацией их с электронами, поступающими из внешней цепи через клемму Э.

Дрейфовый дырочный ток на границе р-n -перехода с n -слоем определяется формулой (4), подставляя в которую (7), получим для обратного тока через р-n -переход

(8)

где тепловой дырочный ток I _{0 p} соответствует рассмотренному в (5). Обратное напряжение Uꞌ ограничивается электрической прочностью кристалла и может быть достаточно большим (30 – 100 В).

Даже при не очень больших напряжениях Uꞌ в (8) экспоненциальная часть много меньше единицы и ею можно пренебречь. Поэтому Iꞌ ≈– I _{0 p} = const при данной температуре и разных значениях Uꞌ >> 0. Температурная зависимость тока Iꞌ весьма существенна.

Ввиду большого значения ширины l р-n -перехода сопротивление обратно смещенного перехода очень большое.