6. Механизм туннельного пробоя электронно-дырочного перехода.

Рис. 12

1 – прямая ветвь; 2 – обратная ветвь при лавинном пробое; 3 – обратная ветвь при тепловом пробое; 4 – обратная ветвь при туннельном пробое.

Прямую и обратную ветви ВАХ изображают в различном масштабе, поскольку в нормальном режиме работы p-n перехода обратный ток на несколько порядков меньше прямого тока. При достижении обратным напряжением некоторой критической величины ( ) происходит резкое уменьшение сопротивления p-n перехода. Это явление называют пробоем p-n перехода, а соответствующее ему напряжение – напряжением пробоя. Различают электрический и тепловой пробои. В свою очередь, электрический пробой бывает лавинным и туннельным. Туннельный пробой возникает при большой напряженности электрического поля в тонком p-n переходе между высоколегированными полупроводниками в результате тунеллирования электронов из валентной зоны p-слоя в зону проводимости n-слоя. Для электрического пробоя характерна обратимость, заключающаяся в том, что первоначальные свойства p-n перехода полностью восстанавливаются, если отключить источник ЭДС от перехода. Благодаря этому оба вида пробоя используются в качестве рабочих режимов в полупроводниковых диодах. Эффект прохождения электрона сквозь узкий потенциальный барьер называют туннельным эффектом. Для преодоления потенциального барьера валентные электроны должны получить энергию извне. Однако, как известно из курса физики, электроны могут просочиться сквозь узкий потенциальный барьер даже тогда, когда их энергия меньше высоты потенциального барьера. При тунеллировании электрон должен оставаться на одном и том же энергетическом уровне.

7. Прямое и обратное включение р-п-перехода.

Рисунок 11.Обозначим через собственную контактную разность потенциалов объединенного слоя. Если к p-n переходу подключить источник ЭДС, на клеммах которого будет напряжение U, то разность потенциалов на границах контактного слоя изменится. Включение p-n перехода в электрическую цепь, когда «+» источника присоединяется к p-области, а «-» к n-области называется прямым. Разность потенциалов контактного слоя в этом случае обозначается . Включение, при котором к p-области присоединяется «-» источника тока, а к n-области – «+» источника, называется обратным. Соответствующая разность потенциалов - ; При прямом включении p-n перехода потенциальный барьер уменьшается, что приводит к увеличению диффузионного тока и уменьшению встречного дрейфового тока. Результирующий ток называется прямым, он совпадает с диффузионным.При обратном включении p-n перехода потенциальный барьер увеличивается, что приводит к уменьшению диффузионного тока и увеличению дрейфового тока. Результирующий ток называется обратным и совпадает с дрейфовым током. Таким образом, p-n переход, включенный в прямом направлении, пропускает электрический ток, а в обратном – не пропускает.