Рассмотрим ВАХ идеального p—n—перехода (рис. 2.6).
Как известно, прямой ток p—n-перехода создается основными, а обратный – неосновными носителями заряда. Концентрация основных носителей заряда на несколько порядков превышает концентрацию неосновных носителей. Этим и обусловливаются вентильные свойства р-п-перехода, а следовательно, и диода.
Проведенному теоретическому анализу ВАХ диода соответствует ее запись в аналитической форме:
, (2.6)
где – ток насыщения (тепловой ток), создаваемый неосновными носителями заряда; – тепловой потенциал.
При U = 0 согласно соотношению выражению (2.6) = 0. В случае приложения прямого напряжения (U = U a > 0) в выражении (2.6) единицей можно пренебречь и зависимость будет иметь экспоненциальный характер. В случае обратного напряжения (U = Ub < 0) можно не учитывать достаточно малую величину и тогда: Ia = Ib = Is .
В проведенном анализе, позволяющем главным образом объяснить принцип действия полупроводникового диода, не учитывались некоторые факторы, отражающиеся на его реальной ВАХ.
На прямую ветвь ВАХ диода оказывает влияние объемное сопротивление слоев р-п-структуры (особенно при больших токах), увеличивающее падение напряжения () на диоде. В кремниевых диодах это влияние более значительно, чем в германиевых, так как из-за меньшей подвижности носителей заряда удельное сопротивление кремния выше. С учетом падения напряжения в слоях в кремниевых диодах при протекании прямого тока = 0,8 – 1,2 В, а в германиевых = 0,3 – 0,6В.
На обратную ветвь ВАХ диода оказывают влияние ток утечки через поверхность p—n-перехода и генерация носителей заряда, которая является причиной возможного пробоя p—n-перехода. Оба фактора приводят к тому, что обратная ветвь ВАХ диода принимает вид, показанный на рис. 2.7.
Ток утечки связан линейной зависимостью с напряжением . Он создается различными загрязнениями на внешней поверхности p—n-структуры, что повышает поверхностную электрическую проводимость p—n-перехода и обратный ток через диод. Эта составляющая обратного тока обусловливает появление наклонного участка 1 – 2 на характеристике диода (рис. 2.7).
Влияние генерации носителей заряда в p—n-переходе обычно сказывается при повышенных обратных напряжениях. Оно проявляется вначале в нарушении линейной зависимости изменения обратного тока от напряжения (участок 2 – 3), а затем в резком возрастании обратного тока (участок 3 – 5), характеризующем пробой p—n-перехода.