Вольт-амперная характеристика реального р-n-перехода


3.5.1. Учет генерации и рекомбинации носителей заряда в обедненном слое

ток Iген пропорционален концентрации . Так как тепло­вой ток ~ , то отношение Iген / ~ 1/ . Поэтому в кремниевых р-n-переходах обрат­ный ток Iобр = + Iген ~ Iген, а в германиевых Iобр = + Iген ~ .

 

(3.44)

 

3.5.3. Пробой р-n-перехода

Пробоем называют резкое увеличение обратного тока перехода при некотором обратном напряжении. Различают электрические пробои, обусловленные действием электрического поля в обеднен­ном слое, и тепловой пробой, вызванный перегревом перехода. Су­ществуют три основных вида электрического пробоя: лавинный, тун­нельный и поверхностный.

Лавинный пробой вызывается ударной ионизацией атомов кристаллической решетки в обедненном слое. При обратном на­пряжении ток в переходе создается дрейфовым движением неос­новных носителей, приходящих из нейтральных р- и n-областей. Эти носители ускоряются в обедненном слое и при напряжении, превышающем некоторое критическое значение, приобретают ки­нетическую энергию, достаточную для того, чтобы при соударении с нейтральным атомом Ge (или Si) произвести их ионизацию, т.е. создать пару носителей – электрон и дырку. На рис. 3.15,а атомы Ge (или Si) не показаны. Вновь образовавшиеся носители будут ус­коряться полем и могут также вызвать ионизацию и образование пар носителей заряда. Начинается лавинообразное нарастание обратного тока. Для характеристики этого процесса вводится коэф­фициент лавинного умножения М, показывающий, во сколько раз обратный ток превышает значение тока Iо, обусловленного пото­ком первоначальных носителей:

(3.45)

Коэффициент М определяется эмпирической формулой

(3.46)

Чем больше ширина запрещенной зоны , тем большую энергию должен набрать носитель в электрическом поле р-n-перехода, чтобы началась ударная ионизация (увеличится Uпроб). Характерной особенностью лавинно­го пробоя является то, что с увеличением температуры Uпроб воз­растает (положительный коэффициент напряжения пробоя). Происходит это потому, что при увеличении температуры уменьшается длина свободного пробега носителей и для сообщения носителям необходимой энергии требуется большая напряженность электри­ческого поля.

Туннельный пробой возникает, когда напряженность электриче­ского поля в обедненном слое возрастает настолько (Е > 106 В/см), что проявляется туннельный эффект – переход электронов сквозь потенциальный барьер без изменения энергии. Туннельный эффект наблюдается в узких переходах (порядка 10 -2 мкм), т.е. в переходах р+-n+ с очень высокой концентрацией примеси (более 5-1018 см -3).

 

Поверхностный пробой (ток утечки). Реальные р-n-переходы имеют участки, выходящие на поверхность полупроводника. Вследствие возможного загрязнения и наличия поверхностных зарядов между р- и n-областями могут образовываться проводя­щие пленки и проводящие каналы, по которым идет ток утечки Iут. Этот ток увеличивается с ростом обратного напряжения (см. рис. 3.16, б) и может превысить тепловой ток Iо и ток генерации Iген. Ток Iут слабо зависит от температуры. Для уменьшения Iут применяют защитные пленочные покрытия.

Тепловой пробой. При прохождении обратного тока в переходе выделяется мощность

(3.47)

которая вызывает разогрев р-n-перехода и прилегающих к нему областей полупроводника и дальнейший рост обратного тока, увеличение Рвыд, Iобр и да­лее процесс повторяется.

Отводимая от р-n-перехода мощность Ротв в результате те­плопроводности и последую­щего рассеяния теплоты в ок­ружающую среду пропорцио­нальна перегреву р-n-перехода (разности температур перехода Т и окружающей среды Токр) и обратно пропорциональна тепло­вому сопротивлению RТ участка переход – окружающая среда:

(3.48)

Через некоторое время после включения напряжения Uобр устанавливается тепловое равновесие – баланс выделяемой и отводи­мой мощностей:

(3.49)

(3.50)

или эквивалентного ему критерия отв > DРвыд при данном DT. При Uобр=U’обр точка А удовлетворяет этому критерию, а точка В – нет.

Действительно, любое уменьшение температуры (DТ < 0), приводящие к смешению от точки В влево, означает, что отв < DРвыд, т.е. температура T будет понижаться и дальше, пока не будет достигну­та температура Тст соответствующая точке А. При DТ > 0 происхо­дит отклонение от точки В вправо, где отв < DРвыд, поэтому температура бу­дет непрерывно возрастать. Аналоги­чными рассуждениями можно пока­зать, что при DТ < 0 и DТ > 0 точка А является устойчивой, так как при DТ < 0, и при DT > 0 DРотв > DРвыд.

При некотором значении Uобр = U”обр прямая касается кривой Рвыд, т.е. име­ется только одно решение (точка С), ко­торое является предельным или крити­ческим (Т = Ткр). При дальнейшем уве­личении Uобр, например при Uобр = U”обр, не будет решения уравне­ния баланса (3.49) (нет точек пересечения прямой и кривой Рвыд). т.е. должно происходить непрерывное повышение температуры пе­рехода (Т > Ткр) и рост Iобр. Рост Iобр приведет к перегреву и разруше­нию (проплавлению) обедненного слоя. Напряжение Uобр, при кото­ром наступает критический режим, можно принять за предельное значение напряжения теплового пробоя.



Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 1720;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.009 сек.