2.4.      ВАХ идеального p-n-перехода и отличия ВАХ реального диода

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 = U_b < 0) можно не учитывать достаточно малую величину  и тогда: I_a = I_b = I_s .

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.