
- •21. Ширина области объемного заряда резкого p-n перехода.
- •22. Особенности плавных p-n переходов.
- •23. Прямое смещение p-n перехода. Граничные концентрации носителей в p-n переходе. Инжекция носителей. Случай тонкой базы.
- •24. Обратное смещение р-n-перехода. Граничные концентрации носителей в р-n- переходе. Экстракция носителей.
- •25. Уравнение статической вольт-амперной характеристики идеализированного р-n перехода.
- •26. Зависимость вах перехода от материала p- и n- областей и температуры.
- •27. Особенности вах реальных p—n - переходов.
- •28. Пробой p-n - перехода. Виды и механизмы пробоя p-n перехода.
- •29. Частотные и импульсные характеристики p-n - переходов. Барьерная и диффузионная емкость.
- •30. Контакт металл-полупроводник. Барьер Шоттки.
- •32.Омический контакт.
- •33. Гетеропереходы.
- •34. Полупроводниковые диоды. Система условных обозначений п/п приборов. Выпрямительные диоды. Стабилитроны.
- •35.Варикапы. Светоизлучающие диоды. Туннельные диоды.
- •36. Импульсные диоды. Переходные процессы при работе от генератора.
- •37. Импульсные диоды. Переходные процессы при работе от генератора напряжения.
- •39. Составляющие токов в структуре биполярного транзистора. Коэффициент передачи тока эмиттера и его зависимость от конструктивных параметров транзистора.
- •40. Особенности структуры и параметров дрейфовых транзисторов.
28. Пробой p-n - перехода. Виды и механизмы пробоя p-n перехода.
Пробой р—n - перехода наступает при повышенных величинах обратного напряжения и характеризуется резким возрастанием обратного тока при незначительном увеличении напряжения (рис. 2.12). Различают три вида пробоя: тепловой, лавинный и туннельный.
Рис. 2.12. ВАХ p—n - переходов при пробое
Тепловой
пробой обусловлен выделением в переходе
тепла
при протекании обратного тока. Если
тепло отводится от перехода
не полностью, то температура перехода
будет непрерывно
повышаться. Увеличение температуры
вызывает увеличение
обратного тока, что в свою очередь
вызывает увеличение
температуры и т.д. В результате такого
процесса
обратный ток через переход резко
возрастет, наступит тепловой
пробой p—n
-
перехода. Характерной особенностью
теплового
пробоя является наличие участка с
отрицательным дифференциальным
сопротивлением (рис. 2.12, кривые 1).
Если
обратный ток при тепловом пробое не
ограничен внешней
цепью, то p—n
-
переход расплавляется, т.е. тепловой
пробой
необратим. Очевидно, что напряжение
теплового пробоя
уменьшается с ростом температуры.
Лавинный пробой заключается в том, что
носители заряда,
попавшие в область объемного заряда
перехода, ускоряются
его полем и при напряжениях, превышающих
критическое
значение, приобретают кинетическую
энергию, достаточную
для ударной ионизации атомов полупроводника.
Вновь
образованные носители, ускоряясь в
поле, могут также произвести
ионизацию, что приведет к лавинообразному
нарастанию
обратного тока, т. е. к пробою перехода
(рис. 2.12, кривые
2).
Ход вольтамперной характеристики в
предпробойной области
и в области лавинного пробоя описывается
уравнением
,
где
-
обратный ток перехода, обусловленный
потоком первоначальных
носителей; М
-
коэффициент лавинного умножения,
зависимость которого от обратного
напряжения U
описывается
полуэмпирической формулой
,
где
—
напряжение лавинного пробоя; n=2—6
и определяется материалом p-
и
n-
областей. С повышением температуры за
счет увеличения теплового рассеивания
сокращается длина свободного пробега
носителей. Тогда, чтобы на меньшей
длине пробега носители успели набрать
энергию, достаточную для ионизации
атомов, необходимо увеличить
напряженность электрического поля в
переходе. Поэтому с повышением температуры
напряжение лавинного пробоя UM
возрастает.
Туннельный пробой обусловлен
квантовомеханическими свойствами
электронов, которые позволяют электронам
и дыркам при высоких напряженностях
электрического поля туннелировать
через достаточно узкий потенциальный
барьер перехода. Туннельный пробой
характерен для p-n-переходов
с высоколегированными р-
и
n-
областями, в которых ширина области
объемного заряда мала, а напряженность
электрического поля в ней велика
даже при относительно малых обратных
напряжениях на переходе. Напряжение
туннельного пробоя уменьшается с
повышением температуры вследствие
уменьшения ширины запрещенной зоны.
Тепловой пробой характерен для р—n-
переходов на основе полупроводниковых
материалов с малой шириной запрещенной
зоны
,
например для германиевых переходов. В
кремниевых переходах обычно наблюдается
лавинный или туннельный пробой. Напряжение
туннельного пробоя меньше 5—7 В, при
лавинном пробое UM>5—7
В и достигает сотен вольт. Поверхностный
пробой. На
поверхности полупроводника всегда
существует поверхностный заряд, как
правило, положительный. Этот заряд может
изменить напряжённость электрического
поля и ширину области объёмного заряда
в месте выхода p-n
перехода на поверхность. Например, если
поверхностный заряд положительный, то
электроны из объёма полупроводника
будут подтягиваться этим зарядом к
поверхности. Когда за счёт увеличения
концентрации электронов в приповерхностном
слое они будут компенсировать заряд
положительных ионов в области объёмного
заряда n-
области. В результате ширина p-n
перехода в приповерхностном слое
уменьшается, это приводит к уменьшению
приповерхностного слоя. Обратная ветвь
ВАХ будет иметь такой же вид как при
лавинном и туннельном пробое, но
напряжение
будет меньше, а пробой будет иметь
поверхностный характер.