Обратимые пробои р-п перехода

При приложении к p-n переходу обратного напряжения, при его увеличении до определенного значения, энергия электрического поля становится достаточно большой для генерации неосновных носителей заряда, что приводит к сильному увеличению обратного тока. Это называется пробоем p-n перехода. Возможны обратимые и необратимые пробои. Обратимый пробой – это пробой, после которого переход сохраняет свою работоспособность. Необратимый пробой – это пробой, который ведет к разрушению структуры полупроводника.

Лавинный пробой(ЛП) свойственен полупроводникам со значительной толщиной перехода, имеющей слабую степень легирования. Пробой происходит под действием сильного электрического поля с напряженностью 8-12*10⁴ В/см. В ЛП основная роль принадлежит неосновным носителям заряда. Эти носители заряда испытывают со стороны электрического поля p-n перехода ускоряющее действие и начинают ускоренно двигаться вдоль силовых линий этого поля. Неосновные носители заряда разгоняются до такой скорости, что иx кинетической энергии может оказаться достаточно, чтобы при ударении с атомом полупроводника выбить из него валентные электроны и перебросить их в зону проводимости, образовав при этом пару электрон-дырка. Образовавшиеся носители тока начинают разгоняться в этом поле, сталкиваются с другими носителями и процесс таким образом будет лавинообразным. При этом происходит резкий рост обратного тока при практически неизменном обратном напряжении.

Туннельный пробой происходит в очень тонких p-n переходах, что возможно при очень большой концентрации примесей и при очень небольших значениях обратного напряжения, когда возникает большой градиент электрического поля. Несмотря на то, что напряжение невысоко, напряженность высока за счет малой ширины перехода. Высокие значения напряженности электрического поля повышают энергию валентных электронов и приводят к их тоннельному просачиванию сквозь тонкий переход из валентной зоны p области в зону проводимости n области. Причем просачивание происходит без изменения энергии носителей заряда. Для туннельного пробоя характерен рост обратного тока при неизмененном обратного напряжения.

Необратимые пробои р-n перехода.

Тепловым называется пробой p-n перехода, обусловленный ростом носителей заряда, при повышении температуры кристалла. С увеличением обратного тока возрастает тепловая мощность, выделяющаяся в p-n переходе и соответствующая температуре полупроводника. Под действием тепла усиливаются колебания атомов кристаллов и ослабевают связи валентных электронов с ними, возрастает вероятность перехода электронов в зону проводимости. Если электрическая мощность в переходе дойдет до максимального значения, то процесс термогенерации лавинообразно возрастет. В кристалле происходит необратимая перестройка структуры и переход разрушается, для предотвращения теплового пробоя необходимо выполнить следующее условие:

– максимально допустимая мощность рассеивания на p-n переходе

Поверхностный пробой

Распределение напряженности электрического поля может существенно изменить заряды имеющиеся на поверхности полупроводника, поверхностный заряд может привести к увеличению или уменьшения p-n перехода, в результате чего на поверхности полупроводника пробой p-n перехода может наступить при напряженности поля меньше той, которая необходима для возникновения пробоя внутри полупроводника. Большую роль при возникновении поверхностного пробоя играют диэлектрические свойства среды, которая граничит с поверхностью полупроводника. Для снятия вероятности поверхностного пробоя применяют специальные покрытия с высокими диэлектрическими свойствами.