5.12.4. Инжекционный или токовый пробой

Наблюдается в многослойных полупроводниковых приборах таких, как инжекционно-пролётный диод, биполярный транзистор, МДП транзистор, тиристор и др., в которых возможно смыкание областью пространственного заряда квазинейтральной базы. Рассмотрим ток через структуру инжекционно – пролётного диода с барьером Шоттки (рисунок 5.72).

При указанной полярности барьер Шоттки смещён в обратном направлении, и в цепи будет протекать обратный ток I_s0. По мере увеличения напряжения толщина ОПЗ будет увеличиваться, но величина тока I_s0 практически остаётся неизменной.

Р

Рисунок 5.73 - ВАХ инжекционного пробоя

исунок 5.72 – Структура (а) и эквивалентная схема (б) инжекционно - пролётного диода

При достижении напряжения смыкания, при котором толщина ОПЗ сравнивается с толщиной базы, ток начинает резко возрастать (инжекция дырок в ОПЗ), что может считаться по определению пробоем (рисунок 5.73).

; ;

, (5.125)

где U₀ – контактная разность потенциалов барьера Шоттки.

Напряжение инжекционного пробоя (рисунок 5.72, б):

.

С увеличением температуры напряжение инжекционного пробоя будет уменьшаться, так как с ростом температуры уменьшается U_j(T) (5.37).

Режим токового пробоя используется в малошумящих стабилитронах и инжекционно-пролётных диодах для усиления СВЧ сигналов.

5.12.5. Влияние конструкции и структурных несовершенств p-n перехода на лавинный пробой

Одним из критериев наступления лавинного пробоя в p-n переходах является достижение максимальной напряжённости поля в нём критического значения. Поэтому двумерная пространственная кривизна поля, определяемая конструкцией p-n перехода либо структурными несовершенствами или полем поверхностного заряда, приводящая к увеличению напряжённости поля в локальных областях объёма или на поверхности, может существенно уменьшить значение напряжения пробоя.

Напряжение пробоя планарного p-n перехода

Пробой планарного перехода зависит от профиля концентрации примесей, а также в значительной степени от кривизны и топологии периферии p-n перехода. Если планарный переход создают диффузией через маску прямоугольной формы, то в образовавшемся переходе можно выделить следующие части: плоскую, параллельную поверхности, цилиндрическую по сторонам периметра и сферические по углам маски.

Р

Рисунок 5.75 - Силовые линии (а) и распределение поля в планарном p-n переходе (б)

исунок 5.74 - геометрия планарного p-n перехода: плоская часть (1), цилиндрическая (2) и сферическая части (3)

Названия цилиндрические и сферические следуют из геометрической формы распределения диффундирующей примеси по бокам периметра и углам маски (геометрическая форма по бокам и углам p-n перехода) (рисунок 5.74).

В областях с пространственной кривизной напряжённость поля будет выше, чем в плоской части.

При этом максимальная напряжённость будет соответствовать углам (сферическая форма p-n перехода (рисунок 5.75)). По этой причине топология планарного p-n перехода не должна иметь углов.

При прямоугольной конфигурации углы округляются с радиусом R ≥ 5X_j , чтобы обеспечить цилиндрическую форму p-n перехода в углах.

Кривизна p-n перехода на периферии определяется глубиной залегания X_j. Можно показать, что напряжение лавинного пробоя планарного p-n перехода может быть представлено в виде:

, (5.126)

где – для цилиндрической формы;

– для сферической формы.

Напряжение пробоя мелких планарных p-n переходов может быть на порядок ниже, чем пробой плоского перехода.