Пробой р-n перехода. Виды пробоев
Пробой р-n перехода – это нарушение основного свойств р-n перехода, т.е. односторонней проводимости.
Если постепенно увеличивать Uобр, то при определенной его величине Iобр через переход резко увеличивается, а Uобр при этом почти не повышается, что говорит о резком увеличении дифференциальной проводимости р-n перехода (рисунок 9).
Рисунок 9 – Анализ пробоя по ВАХ
Различают электрический и тепловой пробой р-n перехода.
Участок 1-2 – электрический пробой, явление обратимое, т.е. при снятии Uобр свойства р-n перехода полностью восстанавливаются.
Участок 2 - тепловой пробой, необратимый процесс, в результате которого разрушается кристаллическая решетка ПП и р-n переход выходит из строя.
Электрический пробой возникает под действием сильного электрического поля в р-n переходе. При увеличении Uобр электроны приобретают большие скорости, сталкиваясь с атомами кристаллической решетки, они выбивают из них валентные электроны. В результате этого увеличивается собственная проводимость ПП, резко возрастает ток. Если Iобр, протекающий через р-n переход, превысит Iобр mах , то электрический пробой переходит в тепловой (расплавление кристаллической решетки ПП за счет выделения тепла).
Емкость р-n перехода
Р-n переход аналогичен конденсатору: два не скомпенсированных объемных заряда атомов донорной и акцепторной примеси по обе стороны перехода и между ними запирающий слой, который играет роль диэлектрика, образуют барьерную емкость Сб. Барьерная емкость зависит от величины приложенного напряжения. При повышении Uобр ширина р-n перехода возрастает и Сб уменьшается (рисунок 10).
Рисунок 10 – График зависимости Сб от Uобр
Пример решения задачи по способам включения p-n перехода.
Укажите, в каком направлении включен p-n переход, если:
а) дырки перемещаются справа налево;
б) дырки в этой области являются Н.Н. заряда.
Изобразите p-n переход. Над изображением перехода сделайте запись «о.н.» или «н.н.», в зависимости от условия своего варианта. Нанесите заданный носитель заряда (+ или -) в той части p-n перехода, откуда начинается его движение. Покажите вектором направление перемещения заданных зарядов. В соответствии с заданием обратите внимание еще раз, каким для области, откуда начинается перемещение, являются изображенные заряды – основными или неосновными. Далее надо указать проводимости левой и правой областей, т.е. где p-, где n-области: p-область та, для которой дырки являются основными носителями (о.н.), а электроны – неосновными (н.н.); n-область - та, в которой электроны – о.н., а дырки – н.н.Теперь укажите полярность подключенного к p-n переходу источника питания. Понятно, что дырки, имеющие положительный заряд, будут двигаться в сторону той области, к которой подключен отрицательный полюс источника, а электроны – в область, к которой подключен положительный плюс. Отметьте теперь на своем рисунке, какое вы получили включение источника питания: Uпр или Uобр.
Рисунок 11 - Условное обозначение p-n перехода с источником питания