Пробої pn переходу

Тепловий пробій (безповоротний) виникає при недостатньому відведенні тепла від PN переходу. При цьому відбувається розігрівання напівпровідникового монокристала до температури при якій відбувається розрив валентних зв'язків. Носії, що утворюються збільшують зворотний струм і ще більше сприяють збільшенню температури. Процес носить лавиноподібний характер і приводить до руйнування PN переходу.

Електричний пробій (оборотний) не приводить до руйнування кристалічних граток. При знятті зовнішнього джерела енергії PN перехід відновлює свої властивості.

Тунельний пробій є результатом впливу електричного поля на кристалічні грати напівпровідника. Енергія електронів, що входять у валентні зв'язки, із зростанням напруженості зовнішнього поля підвищується. При цьому валентні електрони вириваються із зв'язків і переходять в зону провідності, збільшуючи зворотний струм. Виникнення тунельний пробою можливе при досить високій напруженості поля (для кремнієвих переходів Екр=(3…5)×10⁵В/см).

Лавинний пробій відбувається внаслідок іонізації нейтральних атомів швидкими носіями зарядів і відбувається при напруженості електричного поля недостатніх для виникнення тунельний пробою. Неосновні носії прискорюються цим полем і при своєму рушенні стикаються з кристалічними гратами. Якщо енергія рухомого носія достатня для розриву ковалентного зв'язку, то при зустрічі з кристалічними гратками утвориться пара електрон-дірка. Ці носії придбавають в полі додаткову енергію і беруть участь у взаємодії з кристалічними гратками. Такий процес носить лавинний характер і тому зворотний струм зростає.

Поверхневий пробій є результатом впливу поверхневого заряду на ширину переходу в місці виходу його на поверхню. Поверхневий заряд утвориться за рахунок пошкоджень кристалічних граток при механічній обробці поверхні напівпровідника.

Температурні і частотні властивості pn переходу

Температурні зміни вольтамперної характеристики зумовлені зміною тільки теплового струму (дрейфовий струм). Зворотний струм збільшується в два рази при збільшенні температури на 10°С у германія і на 7°С кремнію. Для оцінки впливу температури на вольтамперну характеристику вводять температурний коефіцієнт напруги (ТКН).

При виготовленні PN переходу завжди виникає дві ємності дифузійна і бар'єрна.

Дифузійна ємність (Сдиф) характерна для прямого включення PN переходу і характеризує час розсмоктування накопиченого заряду при різкому перемиканні PN переходу (зворотне включення). Ця ємність зумовлена накопиченням носіїв заряду в N і Р областях.

С_диф = Q/U_пр, (2.2)

де:Q - величина заряду накопиченого в області PN переходу;

Uпр пряме напруга.

Бар'єрна ємність (Сб.) характеризує зворотне включення PN переходу Носії зарядів обох знаків знаходяться по обидві сторони від переходу, таким чином, PN перехід представляє конденсатор, ємність якого

Сб=xs/4pd, (2.3)

де x - відносна діелектрична проникність матеріалу;

s - площа PN переходу;

d - ширина PN переходу.

При зворотній напрузі, прикладеній до PN переходу, носії зарядів обох знаків знаходяться по обидві сторони переходу, а в області самого переходу їх дуже мало. Таким чином в режимі зворотного включення PN переходу перехід являє собою ємність, величина якої пропорційна площі PN переходу, концентрації носіїв заряду і діелектричної проникності матеріалу напівпровідника. При збільшенні зворотної напруги електрони все далі відходять від дірок по обидві сторони PN переходу. Ємність PN переходу меншає. Отже, PN перехід можна використати як ємність, керовану величиною зворотної напруги.