Электроника

p–n-переход
Контакт двух полупроводников одного вида с разным типом проводимости называется электронно-дырочным или p–n-переходом
Условное обозначение (а) и структура (б) полупроводникового диода

Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Электронно-дырочный переход
плоскостной полупроводниковый диод

Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Вольт-амперная характеристика p-n перехода

Рис. 1. Структуры полупроводниковых диодов: точечного (а);
сплавного (б); диффузионного (в); планарного (г)

Рис. 2. Симметричный p-n – переход: а- схематичное изображение; б- концентрация подвижных носителей зарядов; в- объемная плотность подвижных зарядов; г-потенциал; д-напряженность поля

Рис.3. Энергетическая диаграмма р-п-перехода в равновесном состоянии

Рис.4. Обратносмещенный р-п-переход: схематическое изображение (а), распределение потенциала (б)

Рис.4. Обратносмещенный р-п-переход: зонная диаграмма (в)

Рис.5. Прямосмещенный р-п-переход: схематическое изображение (а), распределение потенциала (б)

Рис. 5. Прямосмещенный р-п-переход: зонная диаграмма (в)

Рис.6. Распределение
Концентрации дырок по
толщине n – области
Рис.7. Распределение концентрации подвижных носителей по толщине полупроводникового диода

Рис.8. Распределение токов по длине симметричного р-п-перехода при прямом включении
Рис.9. Распределение концентрации токов по длине резко несимметричного р+-п-перехода при прямом включении

Рис.10. Вольт – амперная характер-
истика идиализированного р-п-перехода
Рис.11. Вольт – омная характеристика р-п-перехода

Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Вольт-амперная характеристика p-n перехода

Схемотехника
Статическая вольт-амперная характеристика идеального диода
Вольт-амперная (ВАХ) характеристика p-n перехода
Диод – пассивный нелинейный полупроводниковый прибор, с двумя электродами – анодом и катодом.
Он проводит ток в прямом направлении, когда к аноду приложен положительный потенциал "+", а к катоду отрицательный "-" Он не проводит ток в обратном направлении. Называется пассивным, потому, что не усиливает мощность. Диод является нелинейным элементом, поэтому его ВАХ (вольтамперная характеристика) нелинейная.
Когда диод начинает проводить ток, на нем возникает падение напряжения. Постоянный прямой ток Iпр. может быть 10-20 мА, постоянный обратный ток Iобр. 1-2 мкА. - для диодов общего назначения, Iобр. обычно не принимают во внимание до тех пор, пока постоянное обратное напряжение U обр. не достигнет напряжения пробоя, в этом случае Iобр. возрастает до значений I пр. и диод выходит из строя, Iпр. также не может превышать I макс. Германиевые диоды открываются при U пр. = 0,2-0,4 В, кремниевые - 0,6-0,8 В. Германиевые диоды имеют меньшее сопротивление в прямом направлении, чем кремниевые, порядка 100 Ом, их обратное сопротивление больше 100 000 Ом, прямые и обратные сопротивления у кремниевых диодов выше. С повышением температуры Iпр. и I обр. увеличиваются. Д226 – германиевый диод. КД102 – кремниевый диод.

Выпрямительные полупроводниковые диоды. Характеристики и параметры. Влияние внешних условий на характеристики и параметры
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Зависимость тока через диод от напряжения на диоде называется вольт-амперной характеристикой диода. Теоретическое описание BAX идеального диода
с p–n-переходом, полученное
У. Шокли:
где U – напряжение на
p–n-переходе диода;
IS – ток насыщения;
φТ = kT/q – тепловой потенциал
при T = 300 К, φТ = 25 мВ.
Статические вольт-амперные характеристики идеального p–n-перехода (а)
и реального диода (б)

Выпрямительные полупроводниковые диоды. Характеристики и параметры. Влияние внешних условий на характеристики и параметры
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
При положительных
и отрицательных напряжениях U, больших по модулю 0,1 В, ВАХ описывается упрощенным выражением:
При протекании большого прямого тока через диод падение напряжения возникает не только на p–n-переходе, но и на объемном сопротивлении полупроводника R. Реальная ВАХ описывается выражением
Статические вольт-амперные характеристики идеального p–n-перехода (а)
и реального диода (б)

Выпрямительные полупроводниковые диоды. Характеристики и параметры. Влияние внешних условий на характеристики и параметры
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Параметры полупроводникового диода
Коэффициент выпрямления Kв, который определяется как отношение прямого тока к обратному при одинаковой (по модулю) величине прямого и обратного напряжений (например: ±0,01; ±0,1; ±1 В).
Для идеального диода Кв = 1 при U = ±0,01 В. При U = ±1 В Кв = 2,8·1020
Максимально допустимый прямой ток Iпр max, превышение которого приводит к недопустимому разогреву и тепловому пробою. Iпр max справочное значение.
Свойства полупроводниковых диодов сильно зависят от температуры.

Выпрямительные полупроводниковые диоды. Характеристики и параметры. Влияние внешних условий на характеристики и параметры
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Параметры полупроводникового диода
(продолжение)
Максимально допустимое обратное напряжение Uобр max – важный предельный параметр выпрямительных диодов и составляет для диодов малой мощности десятки-сотни вольт.
Дифференциальное сопротивление диода:
Статическое сопротивление диода (сопротивление постоянному току):

Рис. 12. Электрический переход типа п+- п: схематическое изображение (а), зонные диаграммы для равновесного состояния (б), при прямом включении (в)

Рис. 12. Электрический переход типа n+- n: при прямом включении (в), при обратном включении (г)

Рис.13. Вольт – амперная характеристика идиализированного n+-n-перехода
Рис.14. Накопление неосновных носителей заряда (дырок) n+-п-перехода при наличии внешнего поля

Рис. 15. Диаграмма энергетических уровней р-п-гетероперехода
в равновесном состоянии

Рис. 16. Контакт металла и п-полупроводника (Wом > Wоп): схематическое изображение перехода (а); зонные диаграммы для равновесного состояния (б); при прямом включении (в).

Рис. 16. Контакт металла и n-полупроводника (Wом > Wоп): зонные диаграммы для равновесного состояния (б); при прямом включении (в); при обратном включении (г)

Рис. 17. Контакт металла и п-полупроводника (Wом < Wоп): схематическое изображение перехода (а); зонные диаграммы для равновесного состояния (б); при прямом включении (в)

Рис. 17. Контакт металла и п-полупроводника (Wом < Wоп):при прямом включении (в); при обратном включении (г)

Рис. 18. Контакт металла и р-полупроводника (Wом < Wор): схематическое изображение перехода (а); зонные диаграммы для равновесного состояния (б); при прямом включении (в)

Рис. 18. Контакт металла и р-полупроводника (Wом < Wор): при прямом включении (в); при обратном включении (г)

Рис. 19. Контакт металла и р-полупроводника (Wом > Wор): схематическое изображение перехода (а); зонные диаграммы для равновесного состояния (б); при прямом включении (в)

Рис. 19. Контакт металла и р-полупроводника (Wом > Wор): при прямом включении (в); при обратном включении (г)