Тепловой пробой р-n перехода

Сопротивление обратно включенного p-n перехода значительно и, поэтому, даже при малых значениях обратного тока в переходе выделяется заметное количество тепла. Если скорость отвода тепла будет недостаточной, то температура в переходе будет возрастать. Возрастание температуры приведет к возрастанию концентрации неосновных носителей, а значит и величины обратного тока. Но это вызовет еще большее возрастание температуры, приводящее к еще большему увеличению концентрации неосновных носителей. Так развивается тепловой пробой. Поскольку между изменением температуры и изменением обратного тока перехода имеет место, как видно, положительная обратная связь, то вольтамперная характеристика теплового пробоя (рис.10.2) имеет участок отрицательного дифференциального сопротивления, т.е. участок, на котором увеличение тока диода сопровождается уменьшением падения напряжения на переходе.

Условие развития теплового пробоя можно получить следующим образом. Температурная зависимость обратного тока I_обр может быть представлена выражением:

(10.17)

Следовательно, температурная зависимость превращающейся в тепло электрической мощности в p-n переходе представится как:

(10.18)

Отводимая от p-n перехода тепловая мощность, согласно формуле Ньютона, равна:

(10.19)

Где Т_кор - температура корпуса, R_{пер-кор} - так называемое внутренне тепловое сопротивление диода (1/R_{пер-кор} - внутренняя тепловая проводимость, равная количеству тепла, отводимого от перехода за единицу времени при перепаде температур между переходом и корпусом равном 1К). Величина R_{пер-кор} определяется конструкцией диода.

Описанный выше процесс будет развиваться, если скорость нарастания с температурой электрической мощности, т.е. , будет превышать скорость нарастания с температурой отводимой мощности, т.е.. На основании (10.18) и (10.19) получим математическое выражение условия развития теплового пробоя:

(10.20)

Формула (10.20) показывает, что при равных значениях тепловых сопротивлений R_{пер-кор} кремниевого и германиевого диодов, тепловой пробой кремниевого диода наступит при заметно большем значении обратного напряжения, поскольку ток насыщения этого диода во много раз меньше тока насыщения германиевого диода. Если цепь диода не содержит ограничивающего величину тока сопротивления, или оно недостаточно велико, то тепловой пробой может привести к разрушению p-n перехода.

Согласно (10.19), для снижения рабочей температуры перехода Т при заданном значении рассеиваемой диодом мощности Р_э=Р_т, или для увеличения максимально допустимой рассеиваемой мощности при заданном значении рабочей температуры, требуется обеспечить достаточно высокую тепловую проводимость, и возможно более низкую температуру корпуса. Первое достигается специальной конструкцией кристаллодержателя, второе - путем использования, при необходимости, радиаторов, механически скрепляемых с корпусом.

Дата добавления: 2014-01-06