25 Что такое пробой?

Пробой p-n перехода – это явление резкого уменьшения дифференциального сопротивления p-n перехода, сопровождающееся резким увеличением обратного тока, при достижении обратным напряжением критического для данного прибора значения.

Пробой приводит к выходу p-n перехода из строя лишь в том случае, когда возникает чрезмерный разогрев перехода и происходят необратимые изменения его структуры. Если же мощность, выделяющаяся в p-n переходе, не превышает максимально допустимой, он сохраняет работоспособность и после пробоя. Поэтому для некоторых типов диодов пробой является основным рабочим режимом.

26 Виды пробоев p-n переходов

Тепловой, Полевой, Лавинный

27 Механизм появления теплового пробоя.

Тепловой пробой характерен для широких p-n переходов, у которых база слабо легирована примесями. Данный тип пробоя обусловлен разогревом p-n перехода при протекании через него обратного тока. В режиме постоянного тока мощность, выделяемая в p-n переходе, определяется соотношением:

P_ВЫД = I_ОБР U_ОБР.

Отводимая от p-n перехода мощность в результате теплопроводности и дальнейшего рассеяния теплоты в окружающую среду пропорциональна перегреву p-n перехода (Т_П-Т_ОКР) и обратно пропорционально тепловому сопротивлению конструкции диода R_Т:

Р_ОТВ = .

В установившемся режиме мощность, выделяющаяся на p-n переходе, и мощность, отводимая от него, должны быть равны:

Р_ВЫД = Р_ОТВ.

Если количество тепла, выделяемого на p-n переходе, превышает количество тепла, отводимого от p-n перехода, то температура перехода начинает расти и возникает тепловой пробой.

28 Как влияет температура окружающей среды на напряжение теплового пробоя?

Рис.12. Обратная ветвь ВАХ p-n перехода с тепловым пробоем

Зависимость 1 рис.12 приведена для температуры окружающей среды T₁=+20С, тепловой пробой наступает при напряжении равном U_ПРОБ1. Если температура окружающей среды возрастет до значения T₂=+40C, то обратная ветвь ВАХ p-n перехода принимает вид зависимости 2 рис.12. Температурный коэффициент напряжения для теплового пробоя имеет отрицательное значение:

ТКН_ТЕПЛ = U_ПРОБ/Т  0,

где U_ПРОБ = U_ПРОБ2 – U_ПРОБ1 изменение напряжения пробоя при изменении температуры на величину Т = Т₂ – Т₁.

29 Какие виды пробоев используются в стабилитронах?

1.2. Стабилитроны

Действие полупроводниковых стабилитронов основано на электрическом (лавинном или туннельном) пробое р-п перехода, при котором происходит резкое увеличение обратного тока, а обратное напряжение изменяется очень мало. Это свойство использовано для стабилизации напряжения в элек­трических цепях. В связи с тем, что лавинный пробой характерен для диодов, изготовленных на основе полупроводника с большой шириной запрещенной зоны, исходным материалом для стабилитронов служит кремний. Кроме этого, кремний обладает малым тепловым током Iо и устойчивыми характеристиками в широком диапазоне температур.

30 Поясните механизм условия возникновения лавинного пробоя.

Лавинный пробой вызывается ударной ионизацией: неосновные носители, образующие I0, ускоряются приложенным напряжением настолько, что при их соударении  с атомами кристаллической решетки происходит  ионизация атомов. В результате генерируется пара свободных носителей заряда: электрон и дырка. Вновь появившиеся носители заряда также ускоряются электрическим полем и в свою очередь могут вызвать ионизацию других атомов. Процесс приобретает лавинообразный характер. Это приводит к резкому увеличению обратного тока, который может быть ограничен только внешним сопротивлением. Лавинный пробой возникает в высокоомных р-п переходах, имеющих большую ширину р-п перехода. Uпроб.  в данном случае растет с увеличением температуры полупроводника, т.к. при увеличении температуры происходит уменьшение длины свободного пробега носителей.