Второй тип ёмкости - это диффузионная ёмкость, обусловленная диффузией подвижных носителей заряда через p-n переход при прямом включении.

Q - суммарный заряд, протекающий через p-n переход.

Cp-n = Сбарьерн.+Сдиф. Рис. 19

Ri - внутреннее сопротивление p-n перехода.

Ri очень мало при прямом включении [Ri = (n-1 n-10) Ом] и будет велико при обратном включении риобр = (n-100 кОм n-1 МОм)].

Рис. 20

Если на p-n переход подавать переменное напряжение, то ёмкостное сопротивление p-n перехода будет уменьшаться с увеличением частоты, и при некоторых больших частотах ёмкостное сопротивление может сравняться с внутренним сопротивлением p-n перехода при прямом включении. В этом случае при обратном включении через эту ёмкость потечёт достаточно большой обратный ток, и p-n переход потеряет свойство односторонней проводимости.

Вывод: чем меньше величина ёмкости p-n перехода, тем на более высоких частотах он может работать.

На частотные свойства основное влияние оказывает барьерная ёмкость, т. к. диффузионная ёмкость имеет место при прямом включении, когда внутреннее сопротивление p-n перехода мало.

Пробой p-n перехода. 1обр = - Io

Участок у пробоя

Участок/ пробоя

При увеличении обратного напряжения энергия электрического поля становится достаточной для генерации носителей заряда. Это приводит к сильному увеличению обратного тока. Явление сильного увеличения обратного тока при определённом обратном напряжении называется электрическим пробоем p-n перехода.

Рис. 21

Электрический пробой - это обратимый пробой, т. е. при уменьшении обратного напряжения p-n переход восстанавливает свойство односторонней проводимости. Если обратное напряжение не уменьшить, то полупроводник сильно нагреется за счёт теплового действия тока и p-n переход сгорает. Такое явление называется тепловым пробоем p-n перехода. Тепловой пробой необратим.

Переход Шоттки

1)Образование перехода Шоттки

2)Прямое и обратное включение диодов Шоттки

1) Образование перехода Шоттки. Переход Шоттки возникает на границе раздела металла и полупроводника n-типа, причём металл должен иметь работу выхода электрона большую, чем полупроводник.

Ам>Ап.пр

Рис. 22

При контакте двух материалов с разной работой выхода электронов электрон проходит из материала с меньшей работой выхода в материал с большей работой выхода, и ни при каких условиях - наоборот. Электроны из приграничного слоя полупроводника переходят в металл, а на их месте остаются некомпенсированные положительные заряды ионов донорной примеси. В металле большое количество свободных электронов, и, следовательно, на границе металл-полупроводник возникает электрическое поле и потенциальный барьер. Возникшее поле будет тормозящим для электронов полупроводника и будет отбрасывать их от границы раздела. Граница раздела металла и полупроводника со слоем положительных зарядов ионов донорной примеси называется переходом Шоттки (открыт в 1934 году). 2) Прямое и обратное включение диодов Шоттки.

♦ Если приложить внешнее напряжение плюсом на металл, а минусом на полупроводник, возникает внешнее электрическое поле, направленное навстречу полю перехода Шоттки. Это внешнее поле компенсирует поле перехода Шоттки и будет являться ускоряющим для электронов полупроводника. Электроны будут переходить из полупроводника в металл, образуя сравнительно большой прямой ток. Такое включение называется прямым. При подаче минуса на металл, а плюса на полупроводник возникает внешнее электрическое поле, сонаправленное с полем перехода Шоттки. Оба этих поля будут тормозящими для электронов полупроводника, и будут отбрасывать их от границы раздела. Оба этих поля будут ускоряющими для электронов металла, но они через границу раздела не пройдут, так как у металла больше работа выхода электрона. Такое включение перехода Шотт-ки называется обратным. Обратный ток через переход Шоттки будет полностью отсутствовать, так как в металле не существует неосновных носителей зарядов. Достоинства перехода Шоттки:

-отсутствие обратного тока;

-переход Шоттки может работать на СВЧ;

-высокое быстродействие при переключении из прямого состояния в обратное и наоборот.

Недостаток - стоимость. В качестве металла обычно применяют золото.

Некоторые эффекты полупроводника

1)Тоннельный эффект

2)Эффект Гана

3)Эффект Холла

1) Тоннельный эффект. Тоннельный эффект (открыт в 1958 году в Японии) проявляется на

p-n переходе в вырожденных полупроводниках. Вырожденный полупроводник - это полупроводник с очень высокой концентрацией донор-ной или акцепторной примеси. (Концентрация - 1024 атомов примеси на 1 куб. см. полупроводника).

В вырожденных полупроводниках очень тонкий p-n переход: его ширина составляет сотые доли микрона, а напряжённость внутреннего поля p-n перехода составляет Ep-n ~ 108 B/м, что обеспечивает очень высокий потенциальный барьер. Основные носители заряда не могут преодолеть этот потенциальный барьер, но за счёт малой его ширины как бы механически пробивают в нём тоннели, через которые проходят другие носители зарядов.

Следовательно, свойство односторонней проводимости на p-n переходе при тоннельном эффекте отсутствует, а ток через p-n переход будет иметь три составляющие: I = 1т.пр. - Ег.обр. + 1пр.,

где Ет.пр. - прямой тоннельный ток, за счёт прохождения зарядов через тоннели при прямом включении;

Ет.обр. - обратный тоннельный ток, тот же самый, что и прямой, но при обратном включении; Ътр. - прямой ток проводимости. Вызван носителями заряда, преодолевающими потенциальный барьер при относительно высоком прямом напряжении.

Вольтамперная характеристика p-n перехода при тоннельном эффекте будет иметь вид, изображённый на рисунке 23.

Рис. 23

На участке АВ прямой тоннельный ток уменьшается за счёт снижения потенциального барьера и в точке В он становится равным нулю, а ток проводимости незначительно возрастает. За счёт этого общий ток на участке АВ уменьшается. Особенностью тоннельного эффекта является то, что на участке АВ характеристики имеет место отрицательное динамическое сопротивление.

AU Ue - Ua

AI Ie - Ia