PN sandūra prijungus atvirkštinę įtampą
Atvirkštinę įtampą laikysime prijungtą tada, kai išorinė įtampa PN sandūroje sukurs išorinį elektrinį lauką E, kurio kryptis sutaps su vidinio elektrinio lauko Ev kryptimi. Tai pasiekiamą kai P sritis prijungiama prie maitinimo šaltinio neigiamojo poliaus, o N sritis – prie maitinimo šaltinio teigiamojo poliaus. Sustiprėjęs PN sandūros laukas išstumia pagrindinius krūvininkus iš sandūros ir ją pastorina (2 pav.). Krūvininkų difuzija susilpnėja, sandūra teka silpna šalutinių krūvininkų srovė.
Didėjant atvirkštinei įtampai, didėja potencialinio barjero aukštis, PN sandūrą įveikia vis mažiau pagrindinių krūvininkų, silpnėja per sandūrą tekanti difuzinė srovė.
Užtvarinis sluoksnis stabilizuojasi. Kas dedasi su šalutiniais krūvininkais? Elektronas iš P srities ir skylė iš N srities gali be jokių sunkumų pereiti erdvinio krūvio sritį. Jų judėjimą skatina prijungta išorinė įtampa. Tai reiškia, kad dėl prijungtos išorinės įtampos gali tekėti labai maža srovė. Šalutinių krūvininkų srovė didėją keliant aplinkos temperatūrą. Pastovi atvirkštinė soties srovė teka PN dariniu tik iki tam tikros išorinės įtampos. Toliau didinant atvirkštinę įtampą, srovė staigiai padidėja. Tai paaiškinama tuo, kad padidėjęs lauko stipris per ploną užtvarinį sluoksnį gali išplėšti papildomus šalutinius krūvininkus. Šalutiniai krūvininkai dėl labai didelio lauko stiprio yra labai įgreitinami. Turintys didelę kinetinę energiją šalutiniai krūvininkai, susidurdami su kitais atomais, išlaisvina valentinėje juostoje esančius elektronus. Tai vadinama smūgine jonizacija.
2 pav. PN darinys prijungus atvirkštinę įtampą
Didinant atvirkštinę įtampą PN sandūroje gerokai padidėja atvirkštinė srovė. Šis procesas vadinamas PN sandūros pramušimu. Skiriami šie pramušimo tipai: šiluminis, tunelinis ir griūtinis.
- Šiluminis pramušimas atsiranda dėl to, kad šilumos, sąlygojamos pratekančios srovės ir prijungtos įtampos, sandūroje išsiskiria per daug ir sandūra nespėja jos išsklaidyti. Padidėjus PN sandūros temperatūrai, padidėja savasis priemaišų tankis, kuris sukelia dar didesnę srovę ir t.t. Tai įgauna griūtinį procesą ir sandūra gali būti visiškai sugadinta.
- Tunelinis pramušimas būdingas PN dariniams, turintiems labai didelį priemaišų tankį. Kai potencialinis barjeras yra gana plonas yra didelė tikimybė, kad elektronas iš P srities pereis siaurą PN sandūrą ir pateks į N sritį. Šis procesas vadinamas tuneliniu efektu.
- Griūtinis pramušimas atsiranda PN dariniuose, kuriuose P ir N sritys yra mažai legiruotos, o prie PN darinio prijungta didelė atvirkštinė įtampa. Sukurtas elektrinis laukas yra pakankamas, kad nepagrindiniai krūvininkai, įgreitinti PN sandūros lauko, įgauna tokią energiją kurios užtenka puslaidininkio atomams jonizuoti. Skylės ir elektronai, savo kelyje pereidami platų užtvarinį sluoksnį suformuoja naujas krūvininkų poras, kurios, atitinkamai įgreitintos stipraus lauko, formuoja naujas krūvininkų poras ir t.t. Dėl griūtinės jonizacijos susiformuoja krūvininkų griūtis, staigiai padidėja PN sandūros atvirkštinė srovė.