Пробой р-n-перехода

На рис.3.8 показано изменение обратного тока р-n-перехода с ростом обратного напряжения. При большой величине V переход «пробивается» и через него протекает очень большой ток. Существует три основных типа пробоя: тепловой, туннельный и лавинный.

Тепловой пробой является основным в полупроводниках с относи-тельно узкой шириной запрещенной зоны, например в германии. В р-n-переходе при обратном напряжении протекает обратный ток и, следовательно, рассеивается мощность, равная J_обрV, что приводит к нагреву полупроводника. В свою очередь, это приводит к возрастанию обратного тока и повышению мощности, выделяемой в переходе, и т.д. При определенном напряжении V = V_проб возникает процесс лавинообразного нарастания тока и разрушения р-n-перехода (кривая 1 на рис.3.8).

Туннельный пробой может произойти в том случае, когда обе сторо-ны р-n-перехода сильно легированы примесью и на него подано обрат-ное смещение. На рис.3.9 показана зонная диаграмма такого перехода, смещенного в обратном направлении. Из рисунка видно, что под влиянием V значительная часть заполненных уровней в валент-ной зоне материала р-типа оказывается на одном уровне со свобод-ными уровнями в зоне проводимости n-слоя. Если энергетический барьер, разделяющий свободные и заполненные уровни, достаточно узок, то электроны благодаря туннельному эффекту могут переходить из валентной зоны р-области в зону проводимости n-области. Этот квантово-механический процесс туннельного перехода и создает обратный ток через р-n-переход и его разрушение при достижении определенного значения.

Туннельный пробой происходит при напряжениях пробоя, меньших 4ΔЕg/q. Поскольку ΔЕg в Ge и Si уменьшается с повышением темпе-ратуры, то напряжение пробоя, связанное с туннельным эффектом падает с ростом Т. Обратная ветвь ВАХ перехода, отвечающая этому типу про-боя, показана на рис.3.8 кривой 2.

Причиной лавинного пробоя является столкновение между носителя-ми заряда и электронами валентной зоны в обедненном слое при обратном смещении. По мере увеличения напряжения обратного смещения все больше электронов и дырок получают кинетическую энергию, достаточную для генерации электронно-дырочных пар. Эти вновь рожденные электроны и дырки, в свою очередь, ускоряясь электрическим полем, набирают энергию, достаточную для рождения новой электронно-дырочной пары, и т.д. Этот процесс лавинного размножения и последующего пробоя более вероятен в слаболегированном участке перехода на несколько порядков шире сильнолегированного участка. Поэтому длина пути, на котором могут происходить ускорения носителей и столкновения с валентными электронами, в нем больше. На участке лавинного пробоя (кривая 3 на рис.3.8) небольшое изменение напряжения обратного смещения может вызвать сильное изменение обратного тока. Этот процесс не обязательно будет разрушающим. Лавинный пробой наблюдается при напряжениях, превышающих 6ΔЕg/q. Напряжение пробоя увеличивается с ростом Т. Диоды спроектированные для работы в режиме лавинного пробоя, называют стабилитронами и широко применяют в качестве стабилизаторов напряжения.

П р а к т и ч е с к а я ч а с т ь

Дата добавления: 2015-06-26