Пряма і зворотна гілки ВАХ зображені в різних масштабах. При прямому включенні переходу його опір мало, тому струм через перехід різко зростає по експоненті з ростом прямої напруги. При зворотному включенні переходу його опір великий, тому струм через перехід буде малий і дорівнює тепловому.
Пряме напруга, що подається на перехід, не повинно перевищувати 1В!
Зворотна напруга, що подається на перехід, може досягати 20В.
Висновок: p-n перехід має однобічну провідність, тобто проводить струм тільки в одному напрямку - прямому.
Контакт з однобічну провідність називаетсявипрямляющімконтактом. Таким чином, p-n перехід є випрямляючим контактом.
Крім випрямляють контактів існують контакти метал-напівпровідник (Ме-п / п), звані омічними, тому що струм, що протікає через такий контакт підкоряється закону Ома (). Отримують омические контакти шляхом напилення тонкої плівки металу на напівпровідник. Характерна особливість омических контактів - пропускання струму в обох напрямках (і прямому, і зворотному). Омічні контакти широко поширені в електронній техніці, т.к.іспользуются для приєднання зовнішніх висновків до кристалів напівпровідників.
омічний p n омічний
Ємності p-n переходу
do - товщина переходу
В p-n переході є різниця концентрацій: в p-області багато дірок, а в n-області їх мало, в n-області багато електронів, а в р-області їх мало. Наявність різниці концентрацій призводить до дифузії: дірки з р-області переходять в n-область, в зворотному напрямку рухаються електрони. В результаті дифузії в р-області з'являються надлишкові (НЕ компенсувати) негативні іони домішки, і вона заряджається негативно. В n-області з'являються надлишкові позитивні іони домішки, і вона заряджається позитивно. Виникає різниця потенціалів - потенційний бар'єр.
У рівноважному стані переходу, тобто коли ЕВНЕШН = 0, бар'єрна ємність залежить від площі p-n переходу, діелектричної проникності напівпровідника і товщини замикаючого шару:
- відносна і абсолютна діелектрична проникність.
При подачі зворотної напруги товщина переходу зростає (обкладання конденсатора як би розсуваються), а, отже, ємність цього конденсатора зменшується:
- бар'єрна ємність переходу при наявності зворотного напруги;
- бар'єрна ємність переходу при відсутності зовнішньої напруги;
- потенційний бар'єр переходу при відсутності зовнішньої напруги;
Uобр - зворотна напруга, що подається на перехід.
При прямому включенні переходу виникає ще одна ємність - дифузійна.
Пряме напруга, що подається на перехід, забезпечує більш інтенсивний процес дифузії основних носіїв заряду в сусідні області. Це призводить до того, що прийшли у великій кількості в сусідні області заряди не встигають прорекомбініровать з зарядами протилежного знака і накопичуються, утворюючи об'ємні заряди. Чим більше пряма напруга, тим більше величина цих об'ємних зарядів.
Тепловий пробій виникає за рахунок порушення теплового балансу між теплом, яке виділяється в переході, і теплом, котороеотводітся (розсіюється корпусом приладу):
З ростом зворотної напруги виділяється в переході потужність збільшується. що призводить до розігріву переходу і посилення термогенерации (генерація, викликана підвищенням температури) пар носіїв заряду, тобто до збільшення концентрації ННЗ, а, отже, до зростання зворотного струму. Зростання зворотного струму супроводжується подальшим збільшенням виділеної потужності, тобто великим розігрівом переходу і більш інтенсивної термогенерации і т.д. тобто йде наростаючий процес:
У підсумку перехід перегрівається і руйнується (руйнується кристалічна решітка) - процес незворотний.
Процес називається оборотним, якщо при зменшенні зворотної напруги до допустимого значення відновлюється нормальний режим роботи переходу. тобто зворотний струм приймає стаціонарне значення теплового струму.
Для забезпечення теплового режиму напівпровідникових приладів використовуються радіатори, що виготовляються з матеріалів з високою теплопровідністю (наприклад, Al, Cu).
Теплового пробою передує електричний пробій.
При електричному пробої зворотний струм переходу різко зростає піддією сильного електричного поля.
Лавинний пробій виникає в так званих «товстих» переходах. Під дією сильного електричного поля електрони, рухаючись з великою швидкістю, набувають кінетичну енергію, достатню для ударної іонізації нейтральних атомів кристалічної решітки.
Механізм ударної іонізації: вільний електрон, що володіє велику кінетичну енергію, б'ючись об нейтральний атом, передає валентним електронам цього атома частину своєї енергії, і вони відриваються від атома, стаючи вільними. Атом при цьому іонізується.
Виниклі в результаті іонізації вільні електрони також розганяються електричним полем, вдаряються об нові атоми кристалічної решітки і вибивають з них наступну партію електронів. Процес наростає лавиноподібно (як сніжний ком) - звідси і назва пробою - «лавинний».
Для ударної іонізації необхідно поле з напруженістю:
В результаті ударної іонізації виникає розмноження НЗ, і зворотний струм різко зростає - виникає лавинний пробій.
На лавинному пробої працюють такі напівпровідникові прилади, як стабілітрони, тиристори, лавинні транзистори і ін.
Б) Тунельний пробій
Якщо напруженість електричного поля досягне значення і перехід буде дуже тонкий (з товщиною замикаючого шару), можливий тунельний пробій - перехід електронів з валентної зони (ВЗ) одного напівпровідника в зону провідності (ЗП) іншого напівпровідника без зміни енергії.
Механізм тунельного пробою:
Електрон, що рухається в сторону дуже вузького переходу, під дією дуже сильного поля пройде через перехід, як через тунель, і займе вільний рівень з такою ж енергією по іншу сторону переходу.
Таким чином, обов'язковою умовою тунельного пробою. крім сильного поля і тонкого переходу, є наявність вільного рівня по іншу сторону переходу. При цьому ВЗ одного напівпровідника повинна знаходитися на одному рівні з ЗП іншого напівпровідника.
На тунельному пробої працюють тунельні діоди.
Тунельний і лавинний пробої оборотні - зняття зворотного напруги повністю відновлює властивості p-n переходу.