=
Якщо до p-n переходу підключити зовнішню напругу Eвн, полярність якого протилежна полярності контактної різниці Uк потенціалів, то таке включення називається прямим (n-область підключається до негативного полюса Евн, а p-область - до позитивного полюса Евн). При такому включенні в p-n переході з'являється додаткове зовнішнє електричне поле, що зменшує його внутрішнє поле. Сумарне поле Е # 949 ;, чинне в переході, буде визначатися:
=
Під дією зовнішнього поля основні носії заряду будуть рухатися до p-n переходу, зменшуючи потенційний бар'єр і ширину p-n переходу, яка буде визначатися:
З'явиться приріст дифузійного струму, яке стало можливим завдяки збільшенню енергії основних носіїв заряду і зменшення потенційного бар'єру. Це призведе до порушення рівноваги між дифузійними і дрейфовими струмами. Зі збільшенням | Eвн | зростатиме дифузний струм.
При | Uк | = | Евн | товщина переходу прямує до нуля, тому що зовнішня напруга майже повністю компенсує Uк. При цьому основні носії заряду почнуть вільно дифундувати в області з протилежним типом електропровідності. Через перехід потече струм, який називається прямим:
Процес введення ( «нагнітання») носіїв заряду через p-n перехід в області, де вони стають неосновними носіями за рахунок зменшення потенційного бар'єру, називається інжекцією.
У симетричних p-n переходах має місце двостороння інжекція. (Nn = Pp)
У несиметричних p-n переходах (Nd >> Na, Nn >> Pp; або Nd <
Инжектируются шар з відносно малим питомим опором називається емітером; шар, в який инжектируются неосновні для нього носії, називається базою. При прямому включенні переходу електрони, що перейшли з n-області в p-область, переміщаються всередині цієї області з причин дифузії і дрейфу. Частина електронів при цьому русі рекомбинирует з дірками p-області, а частина, що залишилася, захоплена полем зовнішнього джерела, потрапляє на його позитивний полюс, замикаючи ланцюг.
Дірки, що перейшли з p-області в n-область, повністю рекомбінують в n-області. Прямий струм Іпр через перехід обмежується провідникові p- і n-областей і внутрішнім опором Евн, в результаті чого Іпр може досягти перевищення дозволених, що зруйнує p-n перехід. Для виключення цього, Іпр повинен обмежуватися елементами, наприклад, резисторами, що включаються послідовно в ланцюг p-n переходу. Розглянемо енергетичні зонні діаграми p-n переходу, що знаходиться в стані рівноваги і зміщеному в прямому напрямку.
Діаграма без зміщення p-n переходу.
`N і` p - квазірівні Фермі для нерівноважного стану.
Енергетична діаграма p-n переходу при прямому зміщенні.
У відсутності термодинамічної рівноваги прийнято вводити дві нові величини `n і` p, які замінюють n і p. `N і` p - називають квазірівні Фермі електронів і дірок відповідно.
; - квазіпотенціали Фермі електронів і дірок.
Подача зовнішнього напруги на p-n перехід (прямого) призводить до зміщення квазірівні Фермі відносного рівноважного положення. Якщо Евн> 0, то ця величина віднімається з Uк і ширина збідненого області зменшується.
При прямій напрузі на переході струм дифузії основних носіїв заряду I0 = Iдиф збільшується в exp (Евн / # 966; Т) раз за рахунок зниження потенційного бар'єру і є функцією прикладеної напруги:
, де - струм, що протікає через p-n перехід в рівноважному стані в прямому напрямку.
Дрейфова складова струму при додатку зовнішнього прямого напруги залишається практично без змін Iдр = const. Але оскільки в рівноважному стані | Iдиф | = | Iдр |. то Iдр = -I0. Знак мінус вказує на те, що цей струм тече назустріч диффузионному току.
Але оскільки Іпр є різниця між Iдиф і Iдр, то
Струм I0 називається тепловим струмом або зворотним струмом насичення. Його значення для певного напівпровідника (із заданою концентрацією) залежать тільки від температури і не залежать від прикладеної напруги.