8. Особливості вах реальних випрямних контактів. Явище пробою переходу. Його різновиди.

Під час розгляду теоретичної ВАХ гомопереходу не враховувалися термогенерація носіїв у запірному шарі, поверхневі струми витоку, падіння напруги на опорах нейтральних областей НП, а також явище пробою при певних зворотних напругах. Тому ВАХ реального переходу істотно відрізняється від теоретичної. При малих прямих струмах реальна і теоретична ВАХ збігаються. При збільшенні прямого струму внаслідок падіння напруги на розподіленому опорі r₁ нейтральних областей напруга на переході зменшується порівняно із зовнішньою напругою: U_p-n<U.

Отже, пряма гілка реальної ВАХ переходу проходить нижче від теоретичної

де Ir₁ - падіння напруги на розподіленому опорі r₁.

При U=U_k запірний шар практично зникає і ВАХ при подальшому збільшенні напруги має лінійний характер, як на активному опорі.

На величину струму, що протікає через pn перехід, включений у зворотному напрямі, впливає явище генерації носіїв. При зовнішній напрузі U=0 між процесами гене­рації та рекомбінації у переході встановлюється рівновага. При U=U_зв генеровані в переході дірки та електрони виштовхуються з нього електричним полем.

Це приводить до виникнення додаткового струму генерації I_ген, який за напрямом збігається зі зворотним струмом. При n_n0=p_p0, _n=_p=₀, L_n=L_p=L₀ справедливе відношення

=

З формули випливає, що відносна роль генераційної складової зворотного струму зростає зі зменшенням власної концентрації електронів n_i, тобто зі збільшенням ширини забороненої зони, та зменшується при зростанні концентрації домішок n_n0=N_D.

При однакових значеннях параметрів для германію I_ген=0,1I₀, а для кремнію I_ген=3000I₀. Отже, якщо в германієвих pn переходах струмом генерації можна знехтувати, то в кремнієвих він є основною складовою зворотного струму. Тому на ВАХ кремнієвих переходів немає ділянки насичення, яка формується за рахунок струму I₀. Струм I_ген, до того ж, зростає при збільшенні U_зв, тому що товщина pn переходу, а отже, і його опір пропорційні . Складовою зворотного струму є також незначний струм поверхневого витоку I_вит, який викликається неідеальною обробкою поверхні НП біля переходу. Таким чином, зворотний струм pn переходу дорівнює I_зв = I₀+I_ген+I_вит.

де I₀ – струм насичення, зростає при збільшенні зворотної напруги. У цьому полягає відмінність зворотної гілки реальної ВАХ від теоретичної, на якій I_зв= I₀. При деяких досить великих U_зв на реальній ВАХ з’являється ділянка пробою pn переходу.

Явище пробою полягає в різкому зростанні зворотного струму. Існує 4 різновиди пробою: лавинний, тунельний, тепловий та поверхневий.

При лавинному пробої відбувається ударна іонізація нейтральних атомів збідненого шару НП . неосновними носіями заряду, що розвивають під час вільного пробігу достатню кінетичну енергію. Іонізація приводить до лавинного помноження кількості вільних носіїв і до зростання I_зв. Такі пробої найбільш імовірні для широких переходів, коли напівпровідник слабко легований.

Тунельний пробій виникає у вузьких переходах (при великих концентраціях домішок у матеріалі), коли напруга зовнішнього електричного поля в кремнії сягає 4-510⁵ В/см, а в германії 2-310 В/см. Під дією силь­ного поля валентні електрони відриваються від ковалентних зв’язків, відповідно створюються пари “електрон-дірка”, зростає I_зв. Для дуже вузьких переходів величина напруги пробою може бути малою. Тепловий пробій спричиняється явищем саморозігріву НП . Він полягає у тому, що збільшення I_зв приводить до зростання температури пере­ходу; це, у свою чергу, зумовлює додаткову термогенерацію носіїв, що приводить до зростання струму. В результаті перехід перегрівається, його кристалічна ґратка руйнується. Тому пробій такого виду є незворотним, він стає можливим при порушенні режиму охолодження НП . Ділянка АВ з негативним диференціальним опором зумовлена тим, що збільшення кількості носіїв заряду приводить до зменшення опору pn переходу і відповідно падіння напруги на ньому.

Поверхневий пробій може виникнути в місцях виходу pn переходу на поверхню НП . В них створюється додатко­вий електричний поверхневий заряд, що значно спотворює картину поля в переході. Якщо товщина переходу біля поверхні менша від товщини переходу в глибині матеріалу, то поверхневий пробій відбувається при менших напругах, ніж звичайно. Цю особливість необхідно враховувати при виборі захисних покриттів НП приладів.