2.11 Температурная зависимость прямого напряжения.

Вах идеализированной модели (2.44)

позволяет получить значение температурного коэффициента прямого напряжения на p-n переходе. Применим (2.47) и (1.11).

(2.54)

Так как U<_З, то ТКН<0. Для кремния при Т=300К _З=1,1 В и если U=0,6 В ТКН 2мВ/^oC ,

На рис. построены ВАХ диода для трех температур в области малых токов (I<5мА). При увеличении тока растет влияние омического сопротивления (2.50), которое имеет положительный ТК. Поэтому в области больших токов суммарный ТКН диода уменьшается по модулю и может даже изменить знак, графики тока сближаются и пересекаются.

2.12 Обратная ветвь вах реального диода.

Идеализированная модель (2.44) имеет обратный ток

Тепловой ток (2.47)

.

Поскольку SL – объем, а p_n/_p и n_p/_n – скорости термогенерации, то тепловой ток обусловлен генерацией неосновных зарядов в прилегающих к p-n переходу слоях с объемами SL.

Реальный диод имеет дополнительные составляющие токов, которые могут превышать тепловой ток.

При обратном напряжении благодаря увеличению высоты потенциального барьера ток рекомбинации пренебрежимо мал (он преобладает при Uпр) и не компенсирует ток термогенерации (2.48)

I_Т.Г.+Ij_рек= I_Т.Г  0 (2.55)

По аналогии (2.12.2)

. (2.56)

Ток термогенерации суммируется с тепловым и увеличивает обратный ток. Тепловой ток Io пропорционален квадрату собственной концентрации: Ion_i². Отношение собственных концентраций для Ge и Si составляет примерно 10³, поэтому соотношение тепловых токов для Ge и Si составляет 10⁶. Так как I_Т.Гn_i, то отношение токов термогенерации для Ge и Si составляет 10³.

Вгерманиевых диодахI_Т.Г <<Io, в кремниевых наоборот, ток I_Т.Г >>Io, поэтому Ge: IoбрIo. (2.57)

Si: Ioбр I_Т.Г. (2.58)

По этой причине германиевые диоды имеют обратные токи примерно в 10³ раз больше кремниевых, а не в 10⁶ в соответствии с идеализированной моделью.

В кремниевых диодах ток I_О с ростом температуры увеличивается быстрее, чем ток термогенерации в переходе и при температурах выше +100^оС превышает I_Т.Г.

Кроме теплового тока и тока термогенерации в реальных диодах, особенно кремниевых, наблюдается ток утечки по поверхности I_УТ, обусловленные дефектами кристаллической структуры и наличием различных поверхностных пленок, молекул газов, воды и др. В общем случае

I_ОБР= I₀+I_Т.Г.+I_УТ , I_обр (Ge) ≈ 10³ I_обр (Si) (2.59)

2.13 Аппроксимация обратной ветви.

При наличии экспериментальной (справочной) обратной ветви ВАХ возможна аппроксимация (линейное моделирование) диода.

(2.60)

2.14 Пробой p-n перехода. Механизмы пробоя. Температурная зависимость напряжения пробоя. ( му 1973)

Пробой – резкое увеличение обратного тока. Существует 2 основных типа первичного пробоя: туннельный и лавинный.

1. Туннельный пробой.Характерен для узких p-n переходов. Образуется между слоями с высокой концентрацией примесей. Туннельный эффект состоит в «просачивании» электронов через потенциальный барьер, когда их энергия недостаточна для преодоления потенциального барьера.

С ростом температуры уменьшается ширина запрещённой зоны, сам p-n переход сужается, энергия электронов увеличивается. Это приводит к уменьшению напряжения туннельного пробоя.

ТКН – температурный коэффициент напряжения пробоя. ТКН<0.

2. Лавинный пробой. Характерен для широких p-n переходов. Образуется между низко легированными слоями с большим удельным сопротивлением.

Движение электронов вp-n переходе с высокой напряженностью поля сопровождается ударной ионизацией атомов основного материала, в результате чего образуются электронно-дыроч-ные пары. Новые носители также могут набрать скорость (энергию), достаточную для ионизации – развивается лавинообразный процесс увеличения обратного тока.

При увеличении температуры электроны чаще сталкиваются с атомами основного материала, не успевая набрать энергию ионизации и для лавинного пробоя необходимо увеличивать напряжённость, т.е. напряжение пробоя. ТКН>0.

Ток пробоя необходимо ограничивать с помощью внешних резисторов. В противном случае за счёт саморазогрева первичный (туннельный и лавинный) пробой перейдёт во вторичный (тепловой) и диод выйдет из строя. Для выпрямительных диодов пробой является вредным эффектом. Ge -диоды как правило имеют в 100-1000 раз больше обратные токи и соответственно в 10 раз меньше напряжение пробоя.

Пробой – полезный эффект при ограничении токов: используется в стабилитронах.