Пробой p-n перехода

Под «пробоем» понимают резкое тока в p-n переходе при больших обратных напряж-ях в нем (см. рис.).

а-тунельный пробой,б- лавинный пробой, в - тепловой пробой. U _тп., U _лп., U _т._тп. - напряж тун-го, лав-го и тепл-го пробоев. U_кр - крит напряж пробоя. Сущ 3 осн вида пробоя: тун, лав и тепл. Первые 2 связаны с напряженности эл поля в переходе. Тепл пробой обусловлен рассеваемой мощности в p-n переходе. На тун и лав пробоях основан принцип работы стабилитронов, лавинно-пролетных диодов, лавинных транзисторов и т. д. Туннельный пробой в обратно смещенном p-n переходе связан с туннелированием нз сквозь тонкий потенц барьер (см. рис.)

При этом макс заполненной зоне 1 соот-ет абс-но «пустая» зона 1'. Если п/п-к будет насыщен дефектами крист решетки, энерг уровни кот располаг-ся в ЗЗ(запрещ зона), и если эти уровни перекрывают всю E_g, то электрон зоны 1 среди хаоса энерг уровней ЗЗ всегда может найти напр-ие, в обл кот вел-на энергии эл-на будет =энергии энерг уровней зап зоны. Поэтому эл-н может, легко перескакивая с одного уровня на другой пройти ЗЗ, не взаимодействуя с ней. Этот процесс и наз-ся туннелированием. Если переход достаточно тонкий, то уже при небольшом обратном смещении возникает эл поле достаточное для тун эффекта напряженности.

14.Лавинный пробой.

Происходит в достаточно толстых p-n переходах при высоких обратных напряжениях (десятки, сотни В), когда возникает ударная ионизация и лавинный процесс умножения носителей заряда. Носители заряда ускоряются электрическим полем p-n перехода при L_n << d, ^Lp << d.

Данные неравенства свидетельствуют о том, что электроны способны пролетать без взаимодействия. Следовательно приобрести энергию достаточную для разрыва ковалентной связи матричных атомов например кремния. В результате такой ионизации рождается электронно­дырочная пара и процесс ударной ионизации продолжается с участием этой новой пары носителей заряда. При достаточно большой напряженности электрического поля в переходе, когда исходная пара носителей заряда в среднем порождает больше одной пары носителей заряда, переходит в лавинный пробой и начинает существовать самостоятельно, например как пробой в газе, вплоть до выгорания полупроводника. В твердых телах процесс лавинного умножения происходит не по всей площади прибора, а в локальных областях и всегда в области неоднородности электрического поля. Неоднородное электрическое поле возникает на дефектах структуры полупроводников. В сильно нарушенных структурах кристалла часто возникают микроплазмы, которые формируются лавинным пробоем, однако напряженности электрического поля хватает только на разгон электрона непосредственно в области дефекта. Выходя за пределы дефекта, он сразу теряет энергию. Наиболее распространенными дефектами в области которых возникают микроплазмы являются дисокации. Микроплазмы по своей природе нестабильны, что приводит к флуктуации тока и появлению характерных шумов в лавинном пробое. Это всегда отрицательно сказывается на работе таких электронных приборов как стабилитроны, лавинно-пролетные диоды и т. д. Обратная ветвь ВАХ при лавинном пробое соответствует кривой б). Установлено, что в диодах со слабо легированной базой при выполнении неравенства Т_лп. < Т_тп. наблюдается лавинный пробой. В диодах с высоколегированной базой при выполнении неравенства и_л.п. > U_т.п. наблюдается туннельный пробой. В реальных кремниевых приборах при напряжении пробоя U_п > 20 В происходит только лавинный пробой. При 5 < U_п < 20 смешанный пробой, при котором токопрохождение определяется лавинным и туннельным процессами одновременно. При U_п < 5 В только туннельный.

Тепловой пробой.

Связан с разогревом перехода при прохождении обратного тока в условиях, когда тепловыделение не компенсируется теплоотводом. Обратный ток резко возрастает с температурой. Это значительно уменьшает энергию ионизации атомов, что в свою очередь вызывает увеличение тока. При увеличении температуры больше ^Ткр, подобный лавинному полупроводник выгорает. Отличительным свойством теплового пробоя является наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (см. рис.)

Дата добавления: 2015-06-04