Моделювання GaAs PN-перехідного діода: дрейф-дифузія, вольт-амперні характеристики та рекомбінація.
1. Вступ
Діод на основі p–n-переходу, виготовлений з арсеніду галію (GaAs), є одним із основних напівпровідникових приладів групи III–V. Він широко використовується в радіочастотних (РЧ) і мікрохвильових інтегральних схемах на основі арсеніду галію, де компактні p–n-переходи забезпечують функції випрямлення, зміщення, захисту та перемикання в РЧ-частині схеми. Типовий приклад застосування наведено в ??, що ілюструє тип чипової платформи на основі арсеніду галію, яка використовується в сучасній високочастотній електроніці.
Арсенід галію добре підходить для цих застосувань, оскільки його висока рухливість електронів забезпечує швидкий перенос носіїв заряду та низькі втрати опору, що сприяє ефективній роботі на частотах в діапазоні гігагерц і міліметрових хвиль, які використовуються в системах 5G. На практиці короткі p-n переходи, такі як той, що моделюється тут, використовуються в радіочастотних схемах як елементи зміщення, обмежувачі, діоди для захисту від електростатичного розряду та перемикальні структури. Структура шарів у ?? відображає компактну вертикальну геометрію, яка використовується в інтегральних схемах: тонкі, сильно леговані контактні області поєднуються з коротким активним переходом.
Хоча пристрій, який моделюється в цьому навчальному посібнику, є простим, його слід розглядати як примітивний будівельний блок. Ті самі електростатичні принципи, що діють у p–n-переходах, регулюють структуру діодів, ізоляційні зони та шари для введення домішок у технологіях на основі арсеніду галію (GaAs), які використовуються для високошвидкісної електроніки та оптоелектроніки. Багатошарова структура легування, яка використовується тут, схематично зображена на ??.
У цьому навчальному посібнику ви змоделюєте p-n-перехід на основі арсеніду галію (GaAs) в одному вимірі, використовуючи об’єднаний розв’язувач задач, що враховує дрейф-дифузію та рівняння Пуассона, розроблений OghmaNano. Замість того, щоб покладатися лише на ідеальне рівняння Шоклі, цей підхід дозволяє визначити вбудоване електричне поле, область збіднення та просторові розподіли концентрацій і струмів носіїв заряду.
2. Створення нової моделі.
Для початку створіть нову симуляцію у головному вікні OghmaNano. Натисніть кнопку «Нова симуляція» на панелі інструментів. Відкриється діалогове вікно для вибору типу симуляції (див. ??).
У вікні діалогу, що імітує роботу програми, двічі клацніть на розділі «Демонстрації GaAs», а потім виберіть приклад GaAs-переходу/діода (див. ??). OghmaNano завантажить попередньо визначену структуру GaAs-переходу, яку ми розглядатимемо як PN-діод.
Схема пристрою з увімкненим навантаженням відображається в основному вікні моделювання (див. ??). Хоча електрична проблема, розв’язана в цьому навчальному посібнику, є одновимірною, тривимірне зображення забезпечує чітку візуалізацію вертикальної структури шарів і областей, які беруть участь у транспорті та рекомбінації носіїв заряду.
Діод реалізовано у вигляді послідовності вертикально розташованих шарів GaAs, що складаються з сильно легованої p+ області, менш сильно легованої p області, слабо легованої n області та сильно легованої n+ області. Ця структура детально описана в редакторі шарів (див. ??), де кожному шару присвоюється товщина, матеріал і електрична функція.
Центральні p- і n-шари утворюють активний p–n-перехід. У стані рівноваги на межі між цими шарами формується область виснаження, що створює вбудоване електричне поле, яке контролює розділення та переміщення носіїв заряду. Тонкі, сильно леговані p+ і n+ шари виконують роль контактних областей з низьким опором, забезпечуючи те, щоб прикладена напруга переважно падала на p–n-переході, а не на контактах.
У наступних розділах цю структуру розглядатимуть як одновимірний пристрій: усі зміни враховуються лише в напрямку росту, тоді як зміни в бічній площині ігноруються. Незважаючи на таке спрощення, модель відображає основні електростатичні властивості, механізми транспортування носіїв заряду та фізику рекомбінації, які визначають характеристики GaAs PN-перехідних діодів у темряві, що використовуються в практичних оптоелектронних пристроях і високошвидкісних електронних схемах.
3. Аналіз профілю вживання допінгу.
Профіль легування визначає p-n-перехід у GaAs і, отже, встановлює фундаментальні електростатичні характеристики діода. Він визначає положення переходу, вбудований потенціал, ширину збідненої зони та внутрішнє електричне поле, яке виникає в стані рівноваги та під дією зовнішньої напруги.
Щоб переглянути конфігурацію допування, відкрийте редактор «Допування / іони» на панелі інструментів «Електрика» (див. ??). У редакторі відображається просторовий розподіл іонізованих донорних і акцепторних домішок як функція глибини (див. ??).
У цьому навчальному посібнику діод створюється за допомогою стандартного профілю легування GaAs типу p+/p/n/n+. Центральні p- та n-області помірно леговані та утворюють активний p-n-перехід, де формується область збіднення та вбудоване електричне поле.
Тонкі шари p+ і n+ з високою концентрацією домішок виконують функцію контактних зон з низьким опором. Їхня роль полягає в забезпеченні ефективної електричної ін’єкції та відведення носіїв заряду, при цьому більша частина прикладеної напруги має припадати саме на p-n-перехід, а не на контакти.
Для цілей цього посібника ключовим критерієм є те, що пристрій містить одну область, в якій переважає акцепторна легованість, і одну область, в якій переважає донорна легованість, при цьому між ними має бути чіткий перехід. Точні числові значення концентрацій легування в основному впливають на ширину збідненої зони та величину вбудованого електричного поля, що буде досліджено опосередковано за допомогою характеристик діода в темряві (залежність струму від напруги), які будуть розглянуті в наступних розділах.
4. Аналіз електричних параметрів і механізмів рекомбінації.
Параметри електричних матеріалів визначаються для кожної окремої області та контролюють перенесення носіїв заряду, рекомбінацію та електростатичні процеси в межах діода. Відкрийте редактор електричних параметрів у головному вікні, перейшовши за шляхом «Структура пристрою» → «Електричні параметри». Кожен шар у структурі пристрою має власну вкладку параметрів. У цьому навчальному посібнику ми використовуємо одну й ту саму модель матеріалу GaAs у всіх чотирьох областях, але інтерпретуємо їх по-різному: p+ і n+ діють як області низькоомного контакту, тоді як p і n утворюють активний PN-перехід.
На рисунках ??–?? показано редактор електричних параметрів для кожної області (p+, p, n, n+). Для GaAs найбільш помітними параметрами є рухливість носіїв заряду: рухливість електронів висока порівняно з кремнієм, тоді як рухливість дірок є більш помірною. Ця асиметрія є визначальною характеристикою GaAs і є основою для його широкого використання у високочастотній електроніці.
Оскільки транспорт носіїв заряду в GaAs зазвичай відбувається швидко, особливо для електронів, темновий вольт-амперний (I–V) графік GaAs PN-переходу часто не обмежується об’ємним транспортом. Натомість, баланс між ін’єкцією, електростатикою та рекомбінацією визначає характеристики пристрою. Отже, параметри, наведені в редакторі, в основному контролюють, наскільки ефективно видаляються ін’єктовані носії заряду процесами рекомбінації після зменшення потенційного бар’єру переходу.
Ефективні щільності станів, показані в редакторі (наприклад, ??), визначають статистику носіїв заряду та рівноважні концентрації носіїв для GaAs. Ці значення відрізняються від кремнію через відмінну зонну структуру та ефективні маси GaAs, і вони безпосередньо впливають як на рівні введення носіїв, так і на швидкості рекомбінації через щільність електронів і дірок \(n\) і \(p\).
Рекомбінація з переходом електрона на вільний рівень (радіативна рекомбінація)
Оскільки GaAs є напівпровідником із прямою смугою провідності, рекомбінація між вільними електронами та вільними дірками може ефективно відбуватися за допомогою випромінювальних переходів. У високоякісному GaAs цей канал рекомбінації між вільними електронами та вільними дірками часто є основним механізмом втрат в активній області при прямому зміщенні. У OghmaNano цей процес контролюється константою швидкості рекомбінації між вільними електронами та вільними дірками, яка відображається в редакторі електричних параметрів (див., наприклад, ??).
Відповідна частота рекомбінації має такий вигляд:
\[ R_{\mathrm{rad}} = B \left( np - n_i^2 \right), \]де \(B\) — коефіцієнт рекомбінації типу «вільний носій — вільний носій» (випромінювальна рекомбінація). У GaAs цей член може домінувати в балансі рекомбінації після того, як носії вводяться в p–n-перехід, особливо коли концентрація дефектів низька. Як наслідок, темно-вольтова характеристика високоякісного діода на основі GaAs часто відображає фізику випромінювальної рекомбінації, а не поведінку, обмежену дефектами.
Рекомбінація за Шоклі–Рідом–Голлом (SRH)
Шоклі–Рід–Голл (SRH) рекомбінація описує рекомбінацію, опосередковану дефектами, через електронні стани в зоні заборонених енергій. У OghmaNano це контролюється за допомогою параметрів SRH-пастки, що відповідають рівноважному стану, які відображаються в редакторі (див. ??): енергія пастки \(E_t\) (відносно середини зони заборонених енергій), щільність пастки \(N_t\) та ефективні перерізи захоплення електронів і дірок \(\sigma_n\) і \(\sigma_p\).
У GaAs рекомбінація за механізмом SRH зазвичай не відображає внутрішню межу рекомбінації матеріалу. Натомість, вона слугує показником якості матеріалу та щільності дефектів. У високоякісних епітаксійних шарах GaAs рекомбінація за механізмом SRH є слабкою, і домінуючою є випромінювальна рекомбінація; у матеріалах нижчої якості або поблизу міжфазних зон і зон пошкодження, спричиненого технологічним процесом, рекомбінація за механізмом SRH може ставати значною.
Час життя SRH визначається наступним чином:
\[ \tau_n = \frac{1}{\sigma_n v_{\mathrm{th}} N_t}, \qquad \tau_p = \frac{1}{\sigma_p v_{\mathrm{th}} N_t}, \]і отриманий показник рекомбінації становить
\[ R_{\mathrm{SRH}} = \frac{np - n_i^2} {\tau_p (n + n_1) + \tau_n (p + p_1)} . \]У цьому навчальному посібнику рекомбінація SRH зберігається навмисно. Це дає змогу вивчити, як збільшення концентрації дефектів або зменшення часу життя носіїв заряду призводить до зміни поведінки діода: від переважно радіаційної до обмеженої рекомбінацією, що особливо важливо для розуміння реальних пристроїв, де технологічні процеси та міжфазні взаємодії відіграють вирішальну роль.
Електростатика та параметри зонної структури.
Насамкінець, структура зон і електростатичні параметри, які використовуються для визначення характеристик GaAs, відображаються в кожній вкладці відповідного розділу (наприклад, ??): спорідненість до електронів, ширина забороненої зони (\(E_g \approx 1.42\,\mathrm{eV}\) при кімнатній температурі) та відносна діелектрична проникність (\(\varepsilon_r \approx 12.9\)). Ці параметри визначають вбудований потенціал PN-переходу та визначають діапазон напруги, в межах якого відбувається значна ін’єкція носіїв заряду.
Для арсеніду галію (GaAs) поєднання прямої ширини забороненої зони та високої рухливості носіїв заряду означає, що після зменшення потенційного бар’єра на переході носії ефективно вводяться в структуру, і фізика рекомбінації стає домінуючим фактором, що визначає форму темнової вольт-амперної характеристики. Тому розуміння того, як ці електричні параметри взаємодіють між собою, є важливим для інтерпретації результатів моделювання та реальної поведінки пристроїв на основі арсеніду галію.
5. Запуск моделювання, отримання графіків у вигляді темних кривих «струм–напруга» та визначення параметрів.
Після визначення структури пристрою, профілю легування та електричних параметрів можна безпосередньо запустити моделювання діода з головного вікна. Натисніть «Запустити моделювання», щоб розпочати роботу обчислювального модуля. Під час виконання інформація про збіжність для кожної точки зміщення виводиться в термінал, що дозволяє відстежувати стабільність і прогрес обчислювального модуля (див. ??).
jv.csv є основним результатом, який нас цікавить.
Щоб перевірити характеристики діода, відкрийте вкладку «Вихід» та двічі клацніть на jv.csv (див. ??). Для правильно налаштованого діода на основі арсеніду галію (GaAs), ампер-вольт (А–V) крива має бути плавною та монотонною. У режимі зворотного зміщення струм залишається невеликим і слабо залежить від напруги, що відображає насичення, обмежене рекомбінацією. У режимі прямого зміщення струм швидко зростає зі збільшенням прикладеної напруги, що відповідає ін’єкції носіїв заряду через PN-перехід.
Форма області прямого зміщення містить корисну фізичну інформацію. На напівлогарифмічній шкалі кут нахилу експоненціальної області можна використовувати для визначення коефіцієнта ідеальності, що вказує на те, чи домінуючим фактором є транспорт, обмежений дифузією (\(n \approx 1\)), чи процеси, обмежені рекомбінацією (\(n \approx 2\)). Екстрапольована точка перетину цієї області дає змогу оцінити зворотний струм насичення, який безпосередньо пов’язаний із параметрами рекомбінації SRH та Оже, про які йдеться в розділі 4. У GaAs пряма ширина забороненої зони та, як правило, висока рухливість носіїв заряду означають, що ін’єкція може бути дуже ефективною, тому параметри рекомбінації часто мають особливо чіткі характеристики в області прямого зміщення, що проявляється у куті нахилу та точці перетину.
Як практичне правило, завжди перевіряйте графік залежності струму від напруги (I–V) перед тим, як аналізувати будь-які похідні величини. Розриви, несподівані зміни знаку або нефізичні стрибки струму зазвичай вказують на проблеми з граничними умовами, кроком зміни зміщення, налаштуваннями рекомбінації або збіжністю алгоритму розв’язання. Для простого GaAs PN-діода, такого як цей, графік залежності струму від напруги в темряві має бути інтуїтивно зрозумілим і легко інтерпретованим.
6. Аналіз знімків, отриманих під час моделювання: зони, рекомбінація та потік струму.
Під час проведення циклічного вимірювання струму та напруги (I–V), OghmaNano зберігає внутрішній розв’язок системи рівнянь, що описують дрейф і дифузію, для кожної точки напруги в папці, де зберігаються знімки екрана. Ці файли показують, що саме обчислює програма всередині діода: викривлення зон, розщеплення квазірівня Фермі, активність рекомбінації та транспорт струму. Аналіз цих параметрів є важливим для розуміння того, чому формується певна вольт-амперна характеристика.
У цьому розділі ми розглянемо три типові точки, що характеризують наявність зміщення: майже рівноважне зворотне зміщення (−0,1 В), помірне пряме зміщення поблизу точки включення (≈0,45 В) і високе пряме зміщення (0,8 В). Разом ці приклади ілюструють перехід від рівноважного стану через транспорт, обмежений ін’єкцією, до режиму роботи з високою ін’єкцією. Для GaAs спостерігається аналогічний якісний перехід, при цьому домінуючим каналом рекомбінації в активній області зазвичай є рекомбінація вільних носіїв (випромінювальна), а не рекомбінація, обмежена дефектами (SRH).
6.1 Межі зон і квазірівні Фермі
Щоб відтворити діаграми зон, відкрийте переглядач знімків і додайте файли Ec.csv, Ev.csv, Fn.csv і Fp.csv. Вони відповідають, відповідно, межі зони провідності, межі валентної зони, квазірівню Фермі для електронів і квазірівню Фермі для дірок.
При −0,1 В (рис. ??) діод перебуває близький до стану рівноваги. Викривлення зон відображає вбудований потенціал, зумовлений профілем легування, а квазірівні Фермі майже плоскі та збігаються, що свідчить про незначний чистий потік струму. Область збіднення чітко видно як область з сильним викривленням зон у місці контакту. При ≈0,45 В (рис. ??) пряме зміщення зменшує бар’єр на переході. Квазірівні Фермі для електронів і дірок розділяються в області збіднення, що є внутрішньою ознакою ін’єкції носіїв заряду. Це розділення квазірівнів Фермі безпосередньо відповідає за експоненційне зростання струму, що спостерігається на вольт-амперній характеристиці. При 0,8 В (рис. ??) перехід перебуває в глибокому стані прямого зміщення. Бар’єр значно зменшується, квазірівні Фермі сильно розділені, і пристрій працює в режимі високої ін’єкції, де концентрація носіїв заряду велика в більшій частині структури. У GaAs це розділення квазірівнів Фермі особливо інформативне, оскільки воно безпосередньо пов’язане з сильною ін’єкцією носіїв заряду та ефективною рекомбінацією в активній області.
6.4 Рекомбінація типу «вільний носій – вільна дірка» (радіативна рекомбінація) в активній області.
Рекомбінацію типу «вільні носії – вільні носії» можна дослідити, побудувавши графік R_nfree_to_pfree.csv, який відображає локальну швидкість радіаційної рекомбінації як функцію від положення. У GaAs цей канал зазвичай є домінуючим механізмом рекомбінації в активній області p–n-переходу при прямому зміщенні, оскільки GaAs є напівпровідником із прямою смугою провідності, і радіаційні переходи в ньому відбуваються ефективно. Під час аналізу цих графіків найважливішою характеристикою є не тонка просторова структура, а загальна форма профілю рекомбінації та те, як змінюється її величина зі зміною зміщення.
За дуже низької напруги зміщення (рис. ??) рекомбінація вільних носіїв заряду відбувається слабо, оскільки пристрій перебуває близько до стану рівноваги, і добуток концентрацій носіїв заряду \(np\) залишається близьким до \(n_i^2\). Хоча GaAs сприяє ефективним випромінювальним переходам, концентрації носіїв заряду, необхідні для забезпечення високої швидкості випромінювання, поки що недостатні.
Коли діод переводиться в прямий режим (рис. ??), ін’єктовані електрони та дірки одночасно присутні майже у всій структурі. У результаті утворюється профіль рекомбінації, де вільні електрони та дірки взаємодіють, який має широку, плавно вигнуту форму «купола», що охоплює майже весь пристрій. Ця форма відображає той факт, що випромінювальна рекомбінація в основному залежить від локального добутку концентрацій носіїв заряду \(np\), який є відносно рівномірним у квазінейтральних областях після встановлення ін’єкції. На відміну від рекомбінації за механізмом SRH, тут немає вираженої локалізації в області збіднення.
За високої прямої напруги (рис. ??) форма профілю рекомбінації, що відбувається в усьому об’ємі, залишається в цілому незмінною, тоді як її величина збільшується на кілька порядків. Це є ключовою діагностичною ознакою рекомбінації, що переважає завдяки випромінюванню в GaAs: збільшення напруги в основному підвищує концентрацію носіїв заряду по всьому об’єму, а не змінює місце, де відбувається рекомбінація. Плавний профіль, що охоплює весь пристрій, вказує на те, що рекомбінація, що переважає завдяки випромінюванню, діє як об’ємний процес у всіх областях, куди вводяться носії.
Ця поведінка суттєво відрізняється від рекомбінації, опосередкованої дефектами. Рекомбінація за механізмом SRH зазвичай утворює вузькі піки, зосереджені в місці переходу, які розширюються лише за високої концентрації носіїв заряду, тоді як рекомбінація вільних носіїв у GaAs призводить до утворення єдиного, розтягнутого «домену» рекомбінації, висота якого, а не просторовий об’єм, визначає рівень концентрації носіїв. У пристроях із прямою смугою провідності цей широкий радіаційний профіль є, отже, ознакою високої якості матеріалу та ефективного введення носіїв, і він часто є домінуючим фактором у балансі рекомбінації, який визначає вольт-амперну характеристику.
6.2 Рекомбінація за Шоклі–Рідом–Голлом
Щоб дослідити рекомбінацію, опосередковану дефектами, побудуйте графік R_ss_srh.csv, який показує просторово розподілену швидкість рекомбінації за Шоклі–Рідом–Голлом всередині діода. Три графіки, наведені нижче, відповідають тим самим точкам зміщення, які використовувалися в аналізі діаграми зон: −0,1 В, ≈0,45 В і 0,8 В. Для GaAs ці графіки найкраще інтерпретувати як діагностичний інструмент для визначення втрат, пов’язаних із наявністю пасток, а не як основний канал рекомбінації у високоякісному p–n-переході. Ключовим моментом, на якому слід зосередитися, є те, як просторова локалізація рекомбінації за Шоклі–Рідом–Голлом порівнюється з ширшим профілем, що відображає перехід від одного стану до іншого, на графіку вище.
При −0,1 В (рис. ??) діод перебуває близький до стану рівноваги. Електрони переважають у n-типі напівпровідника, а дірки – у p-типі, тому значна рекомбінація за механізмом SRH може відбуватися лише у вузькій області навколо переходу, де обидва типи носіїв присутні одночасно. Як наслідок, швидкість рекомбінації за механізмом SRH значною мірою локалізована в центрі пристрою, що збігається з областю збіднення. При ≈0,45 В (рис. ??) пряме зміщення ін’єктує носії через перехід і збільшує локальний добуток концентрацій електронів і дірок. Пік SRH значно збільшується за величиною, але залишається просторово обмеженим центральною областю пристрою. Це свідчить про те, що SRH залишається каналом втрат, зосередженим у перехідній області, і на нього впливають перекриття носіїв і активність пасток у межах і поблизу області збіднення. При 0,8 В (рис. ??) поведінка змінюється, оскільки ін’єкція носіїв збільшується по всій структурі. Однак, навіть коли SRH поширюється, вона зазвичай залишається більш вираженою в області переходу, ніж рекомбінація «вільний-вільний», яка, як правило, розподілена по ін’єкованих квазінейтральних областях в GaAs.
Порівняння двох каналів рекомбінації дає корисне уявлення про внутрішні процеси, що відбуваються в діоді на основі арсеніду галію (GaAs). Рекомбінація «вільний носій – вільний носій» створює об’ємний поглинач після встановлення ін’єкції, і зазвичай вона домінує в загальному балансі рекомбінації в активній області пристрою. На відміну від цього, рекомбінація за механізмом SRH підкреслює, де зосереджені втрати, пов’язані з наявністю пасток, – часто в області збіднення або поблизу неї, – що робить її чутливим показником якості матеріалу та пошкоджень на межі. Ця відмінність допомагає пояснити, чому діоди на основі GaAs можуть демонструвати сильну ін’єкцію та великі струми, залишаючись при цьому дуже чутливими до дефектів на переході.
6.3 Щільність струму електронів і дірок.
Насамкінець, проаналізуйте струми носіїв заряду, побудувавши графіки Jn.csv і Jp.csv, які відображають просторово розподілені щільності струму електронів і дірок відповідно. Ці графіки дають змогу безпосередньо спостерігати, як заряд транспортується через діод за різних умов зміщення та як пристрій переходить від стану рівноваги до стабільного режиму прямого провідності.
При −0,1 В (рис. ??) діод перебуває близький до стану рівноваги, і справжній фізичний струм надзвичайно малий. Потоки електронів і дірок майже збалансовані в усій структурі, тому результуючий струм виникає через різницю між двома майже рівними величинами. У цьому режимі чисельна задача за своєю суттю є погано обумовленою, тому очікуються невеликі коливання або видимий шум у профілях струму. У цій демонстраційній версії на основі GaAs цей ефект може бути більш вираженим: поєднання дуже швидкого транспортування носіїв заряду (особливо електронів) і надзвичайно малого результуючого струму робить проблему компенсації більш гострою, тому необроблені графіки Jn/Jp можуть візуально виглядати шумними, навіть якщо основна фізика полягає в тому, що струм є просто «майже нульовим». При ≈0,45 В (рис. ??) пряме зміщення спричиняє ін’єкцію носіїв заряду через перехід. Електронний струм домінує на n-області, а струм дірок домінує на p-області, але обидва струми є неперервними в усій структурі, що відображає стабільний стан збереження заряду. Щільність струму швидко зростає порівняно з випадком, коли структура перебуває близько до стану рівноваги, але профілі все ще можуть показувати невелику чисельну структуру поблизу переходу, де градієнти є крутими. У GaAs, де ін’єкція може швидко відбуватися після зменшення бар’єру, зазвичай можна спостерігати, як струми «стабілізуються» лише після того, як структура явно виходить із режиму низького струму, де домінує компенсація. При 0,8 В (рис. ??) діод працює в режимі сильного прямого зміщення. Щільність носіїв заряду висока по всій структурі, і як електронний, так і струм дірок стають великими, більш плавними та більш рівномірними в квазінейтральних областях. Навіть тут, у симуляціях GaAs, можна зберегти деякі залишки коливань у необроблених профілях струму, особливо якщо розв’язувач повідомляє невідфільтровані точкові значення струму; ключовим діагностичним показником є те, що загальна тенденція є фізично узгодженою, з неперервним потоком струму та відсутністю сторонніх змін знаку в активній структурі.
У сукупності ці графіки щільності струму дають узгоджене внутрішнє уявлення про роботу діода: від майже повного взаємного нівелювання потоків електронів і дірок у стані рівноваги, через обмежену ін’єкцією пряму провідність, до стабільного транспортування великого струму при значній прямій напрузі.
