P-n переход. Диффузионный ток. Дрейфовый ток. Смещенный p-n переход. ВАХ. Пробой p-n перехода

Диоды оптоэлектроники. Светодиод, фотодиод. ВАХ. Схемы включения.

Светодиод - полупроводниковое устройство, излучающее некогерентный свет при пропускании через него электрического тока.

фотодиод полупроводниковый диод, обладающий свойством односторонней фотопроводимости при воздействии на него оптического излучения. Ф. представляет собой полупроводниковый кристалл обычно с электронно-дырочным переходом (р-n-переходом), снабженный 2 металлическими выводами (один от р-, другой от n-области) и вмонтированный в металлический или пластмассовый защитный корпус. Материалами, из которых выполняют Ф., служат Ge, Si, GaAs, HgCdTe и др.

Обозначение диода:

ВАХ светодиода: ВАХ фотодиода:

Схемы включения фотодиода:

а) фотогальванический
б) фотодиодный

Различают 2 режима работы: фотодиодный, когда во внешней цепи Ф. содержится источник постоянного тока, создающий на р-n-переходе обратное смещение, и вентильный, когда такой источник отсутствует.

P-n переход. Диффузионный ток. Дрейфовый ток. Смещенный p-n переход. ВАХ. Пробой p-n перехода.

P-n переход:

Дырочно-электронный переход - область контакта двух полупроводников с различным типом проводимости, а также полупроводника и металла.
Вблизи контакта происходит взаимная диффузия носителей зарядов, которая приводит к образованию запирающего электрического слоя. Электрическое поле этого слоя препятствует дальнейшей диффузии носителей зарядов.
Если полупроводник n-типа соединен с положительным полюсом источником тока, а полупроводник p-типа - с отрицательным полюсом, то ширина запирающего слоя увеличивается и сопротивление p-n перехода возрастает.
При обратном подключении источника тока ширина запирающего слоя и сопротивление p-n перехода уменьшается.

Диффузионный ток:

Кроме направленного движения заряда, вызванного действием электрического поля, возможно направленное движение из области где концентрация носителей заряда больше в область где их концентрация ниже (диффузия). Данное явление выравнивания концентрации зарядов называется диффузионным током. Движение зарядов под действием электрического поля называется дрейфом заряда. Диффузионный ток - наличие тока заряженных частиц связанного с разностью концентраций зарядов в разных частях тела.

Дрейфовый ток:

Дрейфовый ток - это когда носители внешнее поле тянет в каком-то направлении. Полный ток в среде вычисляется как сумма дрейфовой и диффузионной компоненты.

Смещенный p-n переход:

Если p-область p-n-перехода соединить с положительным выводом какого-либо источника напряжения (например, батареи), а n-область – с отрицательным выводом, то электроны и дырки смогут диффундировать через переход. В результате из p-области в направлении n-области потечет существенный ток. В таком случае говорят, что переход смещен в прямом направлении. При обратном смещении, когда описанные выше подсоединения имеют противоположную полярность, от области n-типа к области p-типа потечет лишь предельно малый обратный ток.

ВАХ p-n перехода:

U приложенное напряжение I ток через переход Is ток насыщения Unp напряжение пробоя

Пробой p-n перехода:

При некотором обратном напряжении наблюдается резкое возрастание обратного тока. Это явление называют пробоем p-n перехода. Существуют три вида пробоя: туннельный, лавинный и тепловой. Туннельный и лавинный пробои представляют собой разновидности электрического пробоя и связаны с увеличением напряженности электрического поля в переходе. Тепловой пробой определяется перегревом перехода.