Движением носителей

При этом сопротивление p-n-перехода велико, ток через него мал — он обусловлен движением неосновных носителей заряда. В этом случае ток называют обратным, а р-п-переход — закрытым.

открытого и закрытого p-n-переходов. Как видно, эта характеристика является существенно нелинейной. На участке / ЕШ<.ЕЗЛП и прямой ток мал. На участке 2 Ева>Езал, запирающий слой отсутствует, ток определяется только сопротивлением полупроводника. На участке 3 запирающий слой препятствует движению основных носителей, небольшой ток определяется движением неосновных носителей заряда. Излом вольт-амперной характеристики в начале координат обусловлен различными масштабами тока и напряжения при прямом и обратном направлениях напряжения, приложенного к p-n-переходу. И наконец, на участке 4 происходит пробой р-п-пе-рехода и обратный ток быстро возрастает. Это связано с тем, что при движении через p-n-переход под действием электрического поля неосновные носители заряда приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации атомов полупроводника. В переходе начинается лавинообразное размножение носителей заряда — электронов и дырок,— что приводит к резкому увеличению обратного тока через p-n-переход при почти неизменном обратном напряжении. Этот вид электрического пробоя называют лавинным. Обычно он развивается в относительно широких p-n-переходах, которые образуются в слаболегированных полупроводниках.

При подаче на полупроводниковый диод обратного напряжения в нем возникает незначительный обратный ток ( 1.15), обусловленный движением неосновных носителей заряда через р-п-переход. При повышении температуры р-п-перехода количество неосновных носителей заряда увеличивается, поэтому обратный ток диода возрастает.

Если замкнуть зажимы освещенного фотодиода через резистор, то в электрической цепи появится ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, значение которого зависит от фото-э. д. с. и сопротивления резистора. Максимальный ток при одной и той же освещенности фотодиода будет при сопротивлении резистора, равном нулю, т. е. при коротком замыкании фотодиода. При сопротивлении резистора, не равном нулю, ток во внешней цепи фотодиода существенно уменьшается.

Вольт-амперная характеристика фототиристора при световом потоке Ф=0 ( 4.15) соответствует характеристике тиристора при управляющем токе 1^=0. Если напряжение, подведенное к фототиристору, не превышает напряжения ?/вкл, при котором происходит резкое увеличение тока тиристора за счет лавинного умножения носителей заряда, то ток фототиристора, обусловленный движением неосновных носителей заряда через переход Я2, имеет очень небольшое значение и представляет собой темновой ток.

Во-вторых, для дырок n-области, доходящих до области р — га-перехода, потенциальный барьер не является препятствующим, а наоборот, является ускоряющим. Поэтому дырки, попадающие в р — /г-переход из га-области, переносятся полем в р-область. Аналогично действует поле и на электроны р-области, для которых электрическое поле р — га-перехода является ускоряющим. В результате возникают электронная 1п ДР и дырочная /Р др •составляющие дрейфового тока /др, создаваемые направленным движением неосновных носителей заряда (электронов р-области и дырок «-области). Направление дрейфового тока неосновных носителей противоположно направлению диффузионного тока основных носителей. Так как в изолированном полупроводнике плотность тока должна быть равна нулю, то в итоге устанавлива-•ется динамическое равновесие, когда диффузионный и дрейфовый токи через р- — га-переход компенсируют друг друга, т. е.

При подаче на полупроводниковый диод обратного напряжения через него будет проходить незначительный обратный ток, образованный движением неосновных носителей. В этом случае показатель степени числа е будет отрицательным. Начиная с напряжения 0,05 В, величина е~40с/ значительно меньше единицы, и ею можно пренебречь, причем /=/0бр- Этот ток в определенных границах будет оставаться неизменным (до точки В). При обратном напряжении свыше допустимого значения происходит пробой полупроводникового диода. В этом случае электрическое поле в запирающем слое становится настолько большим, что способно . вырвать электроны из валентной зоны в зону проводимости (туннельный пробой). Туннельный пробой может наступить в германиевом диоде при напряженности поля порядка 2-Ю5 В/см, в кремниевом — 4-Ю5 В/см. Обратный ток при этом увеличивается (после точки В), что вызывает разогрев диода, дальнейший рост тока и электрический пробой р—и-перехода. Большинство диодов надежно работают при обратных напряжениях, не превышающих 0,7—0,8 пробивного напряжения.

Отличительными особенностями туннельного диода являются очень малые удельные сопротивления р- и n-областей (содержание примесей до 1021 см3) и соответственно весьма малая толщина р—/г-перехода. Полупроводники с таким высоким содержанием примесей называются вырожденными, а их свойства очень близки к свойствам металлов. Для изготовления туннельных диодов наиболее широко используется германий или арсенид галия. Ток в диоде будет создаваться движением неосновных носителей (в отличие от всех рассмотренных ранее диодов, в которых ток создавался движением основных носителей).

Если ключи K.z и Кз замкнуть, a /Ci разомкнуть, то в коллекторной цепи будет проходить незначительный обратный ток, вызванный движением неосновных носителей заряда — электронов коллектора и дырок базы. Через коллекторный переход пройдет ток по следующему пути: +Ек, ключи Кг и Кз, миллиамперметр мА2, база — коллектор транзистора, миллиамперметр мАз, — Ек.

При обратном включении преобладающую роль играет дрейфовый ток. Он имеет небольшую величину, так как создается движением неосновных носителей. Этот ток называется обратным и может быть определен по формуле /обр = /др — /диф. Величина обратного тока практически не зависит от напряжения t/o6p. Это объясняется тем, что в единицу времени количество генерируемых пар «электрон — дырка» при: неизменной температуре остается неизменным. Поскольку концентрация неосновных носителей значительно меньше концентрации основных носителей заряда, обратный ток /?-л-перехода существенно меньше прямого (обычно на несколько порядков). Это определяет выпрямительные свойства /ьи-перехода: способность пропускать ток только в одном направлении.

Если замкнуть зажимы освещенного фотодиода через резистор ( 8.4, а), то в электрической цепи появится ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, величина которого зависит от фото-ЭДС и сопротивления резистора #„. Максимальный ток при одной и той же освещенности фотодиода будет при сопротивлении резистора, равном нулю, т. е. при коротком замыкании фотодиода. При этом энергетические характеристики фототока почти линейны (штриховая линия на 8.4, в), т. е. фото-ток практически пропорционален потоку излучения ( 8.4, в). При сопротивлении резистора, не равном нулю, ток во внешней цепи фотодиода существенно снижается и энергетические характеристики становятся нелинейными, причем наклон их уменьшается с ростом сопротивления (непрерывные линии на 8.4, в).

Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру типа п-р-п ( 10.14) и типа р-п-р. На 10.15, а и б даны условные изображения этих транзисторов. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов).

В биполярных транзисторах ток определяется движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок (отсюда их название — биполярные транзисторы). В биполярных транзисторах с помощью трехслойной полупроводниковой структуры из полупроводников

Поскольку в полевых транзисторах ток определяется движением носителей только одного знака, ранее их называли униполярными транзисторами, что подчеркивало движение носителей заряда одного знака.

В биполярном транзисторе существует несколько источников шума. Основные из них: тепловой, дро-бовый и избыточный (поверхностный) или фли-кер-шум. Тепловой шум обусловлен хаотическим движением носителей заряда в транзисторе. Дробо-вый шум обусловлен неравномерностью скоростей носителей заряда в переходах транзистора и базе, а избыточный шум — неравномерностью рекомби-национных процессов на поверхности базы и токами утечки.

Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру типа п-р-п ( 10.14) и типа р-п-р. На 10.15, 0 и б даны условные изображения этих транзисторов. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов).

Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру типа п-р-п ( 10.14) и типа р-п-р. На 10.15, а кб даны условные изображения этих транзисторов. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов).

Тепловые шумы обусловлены хаотическим движением носителей заряда и наблюдаются в любых проводниках, полупроводниках и диэлектриках. Среднеквадратичное напряжение теплового шума определяется выражением

где R — сопротивление, создающее тепловой шум. Тепловой шум обусловлен хаотическим тепловым движением носителей заряда.

Барьерная емкость р-я-перехода проявляется при приложении к р-я-переходу изменяющегося во времени напряжения. При этом через p-n-переход проходит ток. Та доля тока, которая не связана с движением носителей заряда через р-я-переход, и определяет барьерную емкость.

основном с движением носителей заряда только одного знака. Поэтому гетеропереходы могут быть как инжектирующими неосновные носители ( 2.18, с), так и неинжектирующими ( 2.18, б). Инжекция неосновных носителей заряда происходит всегда из широкозонного в узкозонный полупроводник. В гетеропереходах, образованных полупроводниками с одним типом электропроводности, выпрямление происходит без инжекции неосновных носителей заряда.

неосновных носителей у границы /э-л-перехода еще не равна полной концентрации основных носителей, что может быть только при очень больших прямых токах, то через несимметричный переход происходит инжекция только одного вида носителей — из сильнолегированной области в слаболегированную. В этом случае весь ток связан с движением носителей одного вида — дырок. Значит, можно рассматривать движение только одного вида носителей во всей базе диода.