Пробой p-n-перехода

Пробоем p-n-перехода называется резкий рост обратного тока через переход при приложении обратного напряжения.

Виды пробоя:

• Лавинный пробой ЛП

• Полевой пробой ПП

• Тепловой пробой ТП

ЛП: развивается в p-n-переходе, образованном слаболегированным п/п (ширина ЗС большая).

Если приложить большое обратное напряжение, то суммарная напряжённость в ЗС велика, так что неосновные носители, проходя через p-n-переход, приобретают энергию, достаточную для ионизации атомов п/п.

При этом дырки и электроны по пути через ЗС образуют новые пары подвижных носителей заряда, которые в свою очередь разгоняются в поле и ионизируют новое поле и т.д.

Т.е. в ЗС развивается лавина подвижных носителей и обратный ток резко увеличивается. Характеризует этот процесс коэффициент умножения, который определяется по формуле:

где N₁ – количество электронов, поступивших в p-n-переход

N₂ – количество электронов, ионизированных электронами

N’₂ – количество электронов, ионизированных дырками.

Важной характеристикой пробоя является обратное напряжение.

А,  - коэффициенты, которые зависят от материала и от типа проводимости.

Для ЛП характерен резкий рост обратного тока при незначительном увеличении обратного напряжения.

I

U_ЛП U

ПП: этот пробой характерен для переходов, образованных п/п с меньшим, чем ранее удельным сопротивлением.

При сильном э.п. = (2-5) 10⁷ В/м возникает условие для ионизации атомов п/п фанонами или др. частицами.

Фанон – это энергия колеблющихся атомов.

Величина пробивного напряжения зависит от  - удельного сопротивления n- и p-п/п Ge:

При значительной величине  напряжение ПП больше, чем напряжение ЛП, и в переходе возникает ЛП.

Характеристика ветви ПП такая же, как и ЛП.

ТП: возникает в результате разогрева p-n-перехода обратным током большой величины.

Если количество джоулевого тепла, выделяемого в переход, больше, чем количество тепла, отводимого от перехода, то температура перехода возрастает и возрастает число носителей заряда, переход разогревается.

Напряжение U_ТП зависит от величины I_обр, сопротивления p-n-перехода, от условий теплоотвода и от температуры окружающей среды.

Зависимость I_обр от U_пр имеет вид:

I

U

ТП может наступить за счёт увеличения обратного тока при ЛП или ТП.

Ёмкости p-n-перехода

ЗС, образованный в p-n-переходе двумя слоями разноименно зарядов, может быть представлен эквивалентной плоскостью конденсатора С.

S – площадь перехода

2L – ширина ЗС

Из анализа, проведённого ранее для p-n-перехода, видно, что концентрация объёмного заряда в приконтактной области изменяется в зависимости от внешнего напряжения.

При U_обр ширина ЗС увеличивается. Меняется при этом и распределение зарядов. Ёмкость, обусловленная наличием зарядов в ЗС в условиях равновесия и при подаче U_обр , называется барьерной или зарядной ёмкостью.

Изменение объёмных зарядов происходит и при подключении U_пр за счёт инжекции неосновных носителей.

Ёмкость, обусловленная такими изменениями заряда, называется диффузионной.

Барьерную ёмкость рассмотрим на примере несимметричного p-n-перехода (N_а>N_д).

ЗС лежит в основном в n-п/п. Ширина ЗС:

При подключении обратного напряжения ЗС расширяется.

При данном условии 2L=L’’

Диффузионная ёмкость – может быть определена, как отношение изменения величины инжектированных зарядов к изменению напряжения на переходе.

I – I_пр через переход

 - время жизни неосновных носителей.