- •Содержание конспекта лекций
- •Введение
- •Тема №1: Основные законы теории твердого тела лекция №1: особенности строения твердых тел
- •1 Краткая историческая справка
- •2 Классификация твердых тел по проводимости
- •3 Понятие ковалентной связи
- •Лекция №2: Основы зонной теории твердого тела
- •1 Энергетические диаграммы уединенного атома и твердых тел
- •2 Обобщение некоторых выводов зонной теории для объяснения электропроводности и классификации твердых тел
- •3 Электроны в твердом теле
- •1 Структура полупроводников
- •2 Дефекты кристаллической решетки
- •3 Поверхность кристалла
- •Тема №2: Основы теории полупроводников Лекция №4: Электрофизические свойства полупроводников
- •1 Электроны и дырки в кристаллической решетке полупроводника
- •2 Собственные и примесные полупроводники
- •3 Носители заряда и их распределение в зонах проводимости
- •1 Рекомбинация носителей заряда
- •2 Законы движения носителей заряда в полупроводниках
- •Лекция №6: Эффект внешнего поля
- •1 Общие сведения об эффекте поля
- •2 Эффект поля в собственном полупроводнике
- •3 Эффект поля в примесном полупроводнике
- •1 Структура p-n-перехода
- •2 Равновесное состояние p-n-перехода
- •3 Неравновесное состояние p-n-перехода
- •4 Вольт-амперная характеристика p-n-перехода
- •1 Контакты полупроводник—металл
- •2 Граница полупроводник—диэлектрик
- •3 Гетеропереходы
- •1 Барьерная емкость электронно-дырочного перехода
- •1.1 Барьерная емкость как проявление токов смещения
- •1.2 Общее соотношение для барьерной емкости электронно-дырочного перехода
- •1.3 Частные соотношения для барьерной емкости различных электронно-дырочных переходов
- •1.4 Ширина области объемного заряда. Зарядная емкость перехода
- •2 Диффузионная емкость
- •1 Туннельный (зенеровский) пробой
- •2 Лавинный пробой
- •3 Тепловой пробой
- •3.1 Вах с учетом тепловыдепения в p-n-переходе
- •3.2 Расчет пробивного напряжения при тепловом пробое
- •3.3 Особенности теплового пробоя в реальных диодах
- •4 Поверхностный пробой
- •1 Поглощение света
- •2 Фоторезистивный эффект
- •3 Люминесценция полупроводников
- •1 Э.Д.С., возникающая в полупроводнике при его освещении
- •1.1 Воздействие света на p-n-переход
- •1.2 Основные характеристики и параметры
- •2 Спонтанное и индуцированное излучение
- •1 Эффекты Пельтье и Зеебека
- •2 Гальваномагнитный эффект Холла
- •1. Работа выхода
- •1.1 Электроны в металле
- •1.2 Выход электронов из металла
- •2 Виды электронной эмиссии
- •2.1 Термоэлектронная эмиссия
- •2.2 Электростатическая электронная эмиссия
- •2.3 Вторичная электронная эмиссия
- •2.4 Электронная эмиссия под ударами тяжелых частиц
- •1 Электрические явления в газе, понятие о плазме
- •2 Рис.5.12 Схема для снятия вольтамперной характеристики ионного прибора Вольтамперная характеристика газового разряда
4 Поверхностный пробой
Последний вид пробоя p-n-переходов — поверхностный пробой — является наименее изученным. Явление поверхностного пробоя заключается в следующем. Поверхностный заряд, имеющийся практически всегда на поверхности полупроводника в месте выхода p-n- перехода на поверхность, может в сильной степени искажать картину поля в переходе, повышая или понижая напряженность поля в переходе. Это приводит к увеличению или уменьшению ширины перехода в области выхода перехода на поверхность полупроводника. Большое значение имеют при этом также диэлектрические свойства среды, граничащей с поверхностью полупроводника. Такой средой могут являться, в первую очередь, защитные покрытия, наносимые на полупроводниковый прибор для предохранения его от действия влаги и загрязнений. Ширина перехода будет определяться в основном той областью полупроводника, которая имеет большее удельное сопротивление.
Расчеты и эксперимент показывают, что если знак поверхностного заряда совпадает со знаком основных носителей в более высокоомной области полупроводника, то напряженность поля в переходе у поверхности будет ниже, чем в объеме. Ширина перехода у поверхности в этом случае будет больше. Вероятность пробоя на поверхности будет ниже, чем вероятность пробоя в объеме. Механизм пробоя на поверхности так же, как и для пробоя в объеме, может быть туннельным или лавинным.
Если знак поверхностного заряда противоположен знаку основных носителей в высокоомной области, то напряженность поля у поверхности будет выше, переход у поверхности будет уже и пробой на поверхности произойдет при меньшем напряжении, чем это должно было бы иметь место для данного перехода, исходя из его объемных свойств. Уменьшение диэлектрической проницаемости среды у поверхности полупроводника усиливает этот эффект.
Расчеты показывают, что для германия (ε = 16) в воздухе (ε ≈ 1) в зависимости от плотности поверхностного заряда можно получить значение напряжения поверхностного пробоя в 5 (и более) раз меньшее, чем для объемного пробоя. Для уменьшения возможности поверхностного пробоя выгодно иметь защитные покрытия с высоким значением диэлектрической проницаемости.
Выводы по лекции
Исследования показали, что имеется предел повышения запирающего напряжения на переходе. Этот предел определяется пробоем p-n-перехода.
Под пробоем p-n-перехода понимают резкое уменьшение дифференциального обратного сопротивления, сопровождающееся возрастанием обратного тока при незначительном увеличении напряжения.
В настоящее время можно назвать четыре разновидности пробоя p-n- перехода:
— туннельный пробой;
— лавинный пробой, или пробой за счет ударной ионизации;
— тепловой пробой за счет кумулятивного разогрева перехода;
— поверхностный пробой.
Явление туннельного пробоя используют для стабилизации постоянного напряжения. Переходы с туннельным пробоем составляют основу полупроводниковых стабилитронов.
Лавинный пробой связан с образованием лавины носителей заряда под действием сильного электрического поля.
Как при туннельном, так и при лавинном пробое неограниченное возрастание тока приводит к тепловому пробою перехода, разрушению перехода и полному выходу из строя диода или триода.
Тепловой пробой может иметь место при значительно более низких напряженностях электрического поля в тех случаях, когда не обеспечивается необходимый отвод тепла от перехода, работающего в режиме больших токов.
Теоретические вопросы для самоконтроля
1. Структура p-n-перехода.
2. Равновесное состояние p-n-перехода.
3. Неравновесное состояние p-n-перехода.
4. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода.
5. Контакты полупроводник-металл.
6. Граница полупроводник-диэлектрик
7. Гетеропереходы
8. Барьерная емкость как проявление токов смещения
9. Диффузионная емкость
10. Лавинный пробой
11. Туннельный пробой
12. Тепловой пробой
Тема №4: Основные эффекты в полупроводниках
Лекция № 11: Фотоэлектрические явления в полупроводниках и переходах