Краткая теория к задаче №5

Вольтамперная характеристика идеализированного р-п перехода, представляющая собой зависимость тока I от приложенного к переходу напряжения V имеет вид:

. (1)

В этих формулах - сумма плотностей тока, S – площадь перехода.

Предэкспоненциальный множитель в (1)

(2)

называют током насыщения р-п перехода или обратным тепловым током. Как вытекает из (2), ток насыщения определяется концентрацией неосновных носителей тока, что обуславливает малое значение тока насыщения и его сильную зависимость от температуры.

При прямом смещении , как следует из (1), ток через р-п переход растет по экспоненциальному закону с ростом напряжения. При обратном смещении ток стремится к току насыщения. Таким образом, р-п переход характеризуется односторонней проводимостью. На рисунке 2 приведены вольтамперные характеристики идеализированного р-п перехода, изготовленного из германиевого (1) и кремниевого (2) полупроводников.

Дифференциальное сопротивление определяется выражением и характеризует крутизну вольтамперной характеристики р-п перехода. Для идеализированного перехода на основе (6.48) имеем:

, (3)

где тепловой потенциал.

Величина прямого напряжения, при которой начинает протекать значительный прямой ток, называется пороговым . Как видно из рисунка, пороговое напряжение кремниевого р-п перехода больше чем германиевого: и . Это обусловлено большей шириной запрещенной зоны кремния чем германия. Концентрация собственных носителей, а вместе с ним и концентрация неосновных носителей тока на основе закона действующих масс, в германии более чем на три порядка больше чем в кремнии. Поэтому обратные токи в германиевых р-п переходах также значительно выше чем в кремниевых.