7. Виды пробоя электронно-дырочного перехода

Явление резкого возрастания обратного тока при определенном обратном напряжении называется пробоем (рис. 1.9). Пробой p-n- перехода сопровождается выходом из строя лишь в том случае, когда возникает его чрезмерный разогрев и происходят необратимые изменения его структуры. Если мощность, выделяемая на переходе, поддерживается на допустимом уровне, то p-n- переход сохраняет работоспособность и после пробоя. Для некоторых типов диодов пробой является основным рабочим режимом. Напряжение, при котором наступает пробой, зависит от типа p-n- перехода и может иметь величину от десятков до тысяч вольт. Таким образом, возможны обратимые и необратимые пробои. Необратимый пробой влечет за собой выход из строя прибора.

Рис. 1.9

Существует четыре типа пробоя: лавинный, туннельный, тепловой и

поверхностный. Лавинный и туннельный пробои объединяют под одним

названием – электрический пробой, который является обратимым. К

необратимым пробоям относят тепловой и поверхностный.

1.7.1. Лавинный пробой Резкий рост тока, показанный на рис. 1.9, связан с лавинным увеличением количества носителей в обратно включенном p-n- переходе.

Параметром процесса лавинного умножения носителей является коэффициент умножения М:

M = (N₁ + N₂) / N₁ (1.37)

где N₁ – число носителей, поступивших в переход;

N₂ – число носителей, покинувших переход;

Существует эмпирическая формула для вычисления коэффициента умножения М:

М = 1/ [1 – (U / U_ЛАВ )ⁿ] ; U_ЛАВ = aρ^m (1.38)

где ρ – удельное сопротивление материала [0м·м].

Напряжение лавинного пробоя зависит от рода материала, удельного сопротивления и типа перехода.

Для лавинного пробоя характерен резкий рост обратного тока при практически неизменном обратном напряжении.

Коэффициенты для расчета M приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Материал перехода	Тип перехода	a	m	n
Ge	n+ - p	52	0.60	6.0
Ge	p+ - n	83	0.60	3.0
Si		86	0.65	3.5
Si	n+ - p	23	0.75	2.0

2. 1.7.2. Туннельный пробой

3. Туннельный пробой развивается, если напряженность электрического поля в переходе оказывается , что возможно при очень высокой концентрации примесей, когда ширина перехода становится малой, порядка 0,01 мкм. Высокое значение напряженности электрического поля, воздействуя на атомы кристаллической решетки, повышает энергию валентных электронов и приводит к их туннельному «просачиванию» сквозь «тонкий» энергетический барьер из валентной зоны р- области в зону проводимости n- области. Это «просачивание» происходит без изменения энергии носителей. Величина напряжения туннельного пробоя обратно пропорциональна концентрации носителей. Значения пробивных напряжений для туннельного пробоя не превышают нескольких вольт. Для туннельного пробоя, также как и для лавинного, характерен резкий рост обратного тока при практически неизменном обратном напряжении.

3. Тепловой пробой

Тепловой пробой возникает вследствие разогрева объема материала проходящим через него током при недостаточном теплоотводе, яляется необратимым. Происходит с разрушением p-n- перехода. В режиме постоянного тока мощность, подводимая к p-n- переходу есть

P_РАСС = U_обр I_обр (1.39)

Эта мощность идет на разогрев перехода, увеличивает термогенерацию электронов и дырок в обратновключенном p-n- переходе, что вызывает дальнейшее возрастание обратного тока, определяемого соотношением (1.20). Для предотвращения теплового пробоя необходимо выполнение условия:

, P_РАСС = U_обр I_обр < P_ДОП,

где P_ДОП – допустимая мощность рассеяния p-n- перехода.

На рис. 1.9 приведены характеристики лавинного, туннельного и теплового видов пробоя.