3.6.2. Диффузионная емкость

Диффузионная емкость - это виртуальная емкость, с помощью которой моделируют эффект конечного времени “рассасывания” неравновесного заряда неосновных носителей в высокоомной части р-п-перехода.

Если, как и ранее, рассматривать случай, когда область р является более высокоомной, то есть

n_n>>p_n,

а) б)

Рис. 3.12. Проявление диффузионной емкости р-п-перехода:

а) при низкой скорости изменения сигнала;

б) при высокой скорости изменения сигнала

то в области р электроны являются неосновными носителями, и их равновесная концентрация мала. При подаче прямого смещения электроны - основные носители слоя n - в огромном количестве переходят в слой р, создавая там объемный заряд неравновесных неосновных носителей. Если резко сменить приложенное напряжение на запирающее, то переход электронов из п-области прекратится, но электроны слоя п, оказавшиеся в р-слое (неравновесный объемный заряд) будут как неосновные носители возвращаться в слой п пока объемный заряд неосновных носителей в р-области не уменьшится до равновесного. Физически это означает, что в течение некоторого времени после смены напряжения с прямого на обратное через р-п-переход будет протекать обратный ток намного больше равновесного значения I_S (рис. 3.12 а).

На рис. 3.12 б показано, как диффузионная емкость при высокой частоте изменения напряжения приводит к потере свойства односторонней проводимости р-п-перехода. Очевидно, что, чем больше величина прямого тока, тем больше неравновесный заряд, тем больше времени необходимо для его рассасывания (разряда диффузионной емкости), тем больше инерционность р-п-перехода.

3.7. Пробой р-п-перехода

Увеличение обратного напряжения до некоторого критического значения вызывает явление лавинообразного нарастания обратного тока, которое, если не принять мер по его ограничению, вызовет разрушение р-п-перехода. Это явление называется пробоем. Физический механизм пробоя достаточно сложен и его условно можно разделить на два типа: тепловой и электрический.

3.7.1. Тепловой пробой

Тепловой пробой можно упрощенно представить следующей схемой: при протекании обратного тока на р-п-переходе выделяется мощность Р=U₀I₀, что приводит к нагреву объема полупроводника. Возникает положительная тепловая связь, которая, если не обеспечить температурного равновесия (за счет эффективного отвода тепла), приведет к тепловому разрушению р-п-перехода. Предотвращение теплового пробоя является серьезной инженерной задачей и достигается за счет ограничения величины обратного напряжения и обеспечения хорошего отвода тепла от р-п-перехода (установка р-п-перехода на теплоотводящие пластины - радиаторы, активное вентилирование).

3.7.2. Электрический пробой

Рис. 3.13. Характеристика электрического пробоя

Электрический пробой возникает за счет лавинообразной генерации свободных носителей непосредственно в области р-п-перехода при воздействии большой напряженности в результате многократной ударной ионизации атомов примеси. Особенностью электрического пробоя является наличие на вольт-амперной характеристике участка с малым дифференциальным сопротивлением (рис. 3.13). Это значит, что в режиме пробоя (при контролируемом ограничении тока) р-п-переход ведет себя как источник практически постоянного напряжения (U0). На основе этого явления разрабатываются специальные элементы - стабилитроны.