Диффузия неосновных носителей заряда к границе p-n перехода и дрейф через него в область, где они становятся основными носителями заряда, называется экстракцией. При протекании прямого тока основные носители заряда р-области переходят в n-область, где становятся неосновными. Выпрямительные диоды используют для выпрямления переменных токов частотой 50 Гц – 100 кГц. В них используется главное свойство p-n-перехода – односторонняя проводимость.

Равновесным называют такое состояние перехода, когда отсутствует внешнее напряжение. До соприкосновения p и n областей электроны дырки и ионы примесей распределены равномерно.

по курсу “Электротехника и электроника”

Если , то и p-n-переход называется симметричным, если , то и p-n-переход называется несимметричным, причём он в основном располагается в области полупроводника с меньшей концентрацией примеси. Это соотношение называют условие динамического равновесия процессов диффузии и дрейфа в изолированном (равновесном) p-n-переходе.

Если δм>>lp-n , то p-n-переход называют плавным. Внешнее напряжение нарушает динамическое равновесие токов в p-n-переходе. P-n-переход переходит в неравновесное состояние. В зависимости от полярности напряжения приложенного к областям в p-n-перехода возможно два режима работы.

Для компенсации неосновных носителей заряда накапливающихся в p и n-областях во внешней цепи возникает электронный ток от источника напряжения, т.е. принцип электронейтральности сохраняется.

1. Основные понятия и расчетные формулы

Этот ток мал по величине т.к. связан с неосновными носителями заряда, концентрация которых мала. Таким образом, p-n перехода обладает односторонней проводимостью. При обратном смещении концентрация неосновных носителей заряда на границе перехода несколько снижается по сравнению с равновесной.

Величина обратного тока сильно зависит: от температуры окружающей среды, материала полупроводника и площади p-n перехода. Полупроводниковый прибор с одним р-n-переходом, имеющий два омических вывода, называют полупроводниковым диодом(рис.1.4).

Обратная ветвь ВАХ у кремниевых диодов при данном масштабе практически сливается с осью абсцисс. Прямая ветвь ВАХ у кремниевых диодов расположена значительно правее, чем у германиевых. Для диодов в интегральном исполнении dU/dT составляет от —1,5 мВ/°С в нормальном режиме до —2 мВ/°С в режиме микротоков.

Кафедра Теоретической радиотехники и электроники

Электрический пробой обратим, т. е. он не приводит к повреждению диода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Барьерная (зарядная) емкость обусловлена нескомпенсированным объемным зарядом ионов примесей, сосредоточенными по обе стороны от границы р-n-перехода. Значение барьерной емкости колеблется от десятков до сотен пикофарад; изменение этой емкости при изменении напряжения может достигать десятикратной величины.

Поэтому при прямом напряжении емкость р-n-перехода определяется преимущественно диффузионной емкостью, а при обратном напряжении — барьерной емкостью. Максимально допустимый выпрямленный ток Iвп. ср mах — средний за период ток через диод (постоянная составляющая), при котором обеспечивается его надежная длительная работа. Максимальная частота fтах — наибольшая частота подводимого напряжения, при которой выпрямитель на данном диоде работает достаточно эффективно, а нагрев диода не превышает допустимой величины.

Средний обратный ток Iобр. ср — средний за период обратный ток, измеряемый при максимальном обратном напряжении. Экстракция и создает обратный ток p-n перехода – это ток неосновных носителей заряда. Кремниевые диоды имеют существенно меньшее значение обратного тока по сравнению с германиевыми, вследствие более низкой концентрации неосновных носителей заряда.