Диффузионная емкость

Диффузионная емкость – это виртуальная емкость, с помощью которой моделируют эффект конечного времени «рассасывания» неравновесного заряда неосновных носителей в высокоомной части p-n-перехода.

Если, как и ранее, рассматривать случай, когда область р является более высокоомной, т. е.

n_n >> p_n,

то в области р электроны являются неосновными носителями и их равновесная концентрация мала. При подаче прямого смещения электроны – основные носители слоя n – в огромном количестве переходят в слой р, создавая там объемный заряд неравновесных неосновных носителей.

Если резко сменить приложенное напряжение на запирающее, то переход электронов из n-области прекратится, но электроны слоя n, оказавшиеся в р-слое (неравновесный объемный заряд), будут, как неосновные носители, возвращаться в слой n, пока объемный заряд неосновных носителей в р-области не уменьшится до равновесного. Физически это означает, что в течение некоторого времени после смены напряжения с прямого на обратное через p-n-переход будет протекать обратный ток, намного больший равновесного значения I_S (рис. 3.12, а).

а б

Рис. 3.12. Проявление диффузионной емкости p-n-перехода:

а – при низкой скорости изменения сигнала;

б – при высокой скорости изменения сигнала

На рис. 3.12, б показано, как диффузионная емкость при высокой частоте изменения напряжения приводит к потере свойства односторонней проводимости p-n-перехода. Очевидно, что чем больше величина прямого тока, тем больше неравновесный заряд, тем больше времени необходимо для его рассасывания (разряда диффузионной емкости), тем больше инерционность p-n-перехода.

3.7. Пробой p-n-перехода

Увеличение обратного напряжения до некоторого критического значения вызывает явление лавинообразного нарастания обратного тока, которое, если не принять мер по его ограничению, вызовет разрушение p-n-перехода. Это явление называется пробоем. Физический механизм пробоя достаточно сложен, и его условно можно разделить на два типа: тепловой и электрический.

Тепловой пробой

Тепловой пробой можно упрощенно представить следующей схемой: при протекании обратного тока на p-n-переходе выделяется мощность Р=U₀I₀, что приводит к нагреву объема полупроводника. Возникает положительная тепловая связь, которая, если не обеспечить температурного равновесия (за счет эффективного отвода тепла), приведет к тепловому разрушению p-n-перехода. Предотвращение теплового пробоя является серьезной инженерной задачей и достигается за счет ограничения величины обратного напряжения и обеспечения хорошего отвода тепла от p-n-перехода (установка p-n-перехода на теплоотводящие пластины-радиаторы, активное вентилирование).