7.3.2. Смещенный p-n-переход

Внешнее напряжение, приложенное к -переходу, будет разрушать равновесие. В зависимости от полярности приложенного напряжения потенциальный барьер будет повышаться или понижаться.

Барьер снижается, если к -области приложен положительный потенциал. В результате поток основных носителей через -переход возрастает пропорционально но поток неосновных носителей остается неизменным. Таким образом, вольт-амперная характеристика должна иметь вид

где ток насыщения, пропорциональный площади перехода и Он экспоненциально зависит от

Для многих полупроводниковых материалов обнаруживается отклонение от формулы (7.3.4). Это связано с двумя эффектами. Первый объясняется генерацией и рекомбинацией носителей на поверхности или внутри обедненного слоя, что может привести к дополнительному току

Поскольку пропорционален более заметен в широкозонных полупроводниках, где он преобладает в общем токе при низких напряжениях. Второй эффект является следствием омических потерь в полупроводнике и на контактах. Этим эффектом обусловлена часть напряжения, пропорциональная общему току. Его вклад в

Рис. 7.8. Электронные уровни энергии положительно смещенного -перехода Концентрации свободных электронов и дырок изменяются, что обусловлено диффузией носителей вне обедненного слоя. Распределение электронов в зоне проводимости остается равновесным на участке от А до С. Диффузия между приводит к снижению концентрации электронов до равновесного состояния. Дырки остаются в квазиравиовесии от до 8. Диффузия между приводит к снижению концентрации дырок до равновесного состояния

Рис. 7.9. Концентрация носителей положительно смещенного -перехода

общую характеристику -перехода становится существенным при больших токах. Более детальное описание теории полупроводников содержится, например, в [7.2]. К обсуждению этих вопросов вернемся в § 9.1.

Необходимо отметить, что формулы (7.3.4) и (7.3.5) справедливы как при отрицательных, так и при положительных напряжениях. При Поэтому становится ясно, почему в системах связи оптические детекторы на -переходе работают при т. е. при отрицательном смещении. Детальное обсуждение режимов работы будет приведено в § 7.6.

При т. е. при положительном смещении, избыточные носители инжектируются в полупроводник по обе стороны обедненного слоя. Преодолев барьер, они попадают в область, где становятся неосновными. Поток основных носителей компенсирует заряд инжектированных носителей. В результате возникает электрический ток через переход и возрастает скорость рекомбинации.

Одним из результатов рекомбинации может явиться рождение фотона вследствие инжекционной люминесценции. Рассмотрим этот процесс более тщательно, чтобы понять принцип действия источников оптического излучения.

На рис. 7.8 показаны энергетические уровни электронов при положительном смещении -перехода. Результат действия прямого смещения на концентрацию носителей представлен на рис. 7.9, который можно сравнить с рис. 7.7.

В неравновесных условиях будем использовать обозначения для концентраций электронов и дырок. Концентрация избыточных электронов в материале -типа вне обедненного слоя может быть

записана как про. Эта область по определению свободна от пространственного заряда, поэтому

Подобным образом в области -типа можно иолучить избыточную концентрацию неосновных дырок:

Ниже более детально рассмотрим поведение избыточных носителей.