1.4. Пробой p-n перехода

При превышении допустимых значений напряжений и токов происходит пробой p-n перехода. Различают электрический и тепловой пробой.

Электрический пробой обусловлен тем, что в сильно легированном полупроводнике критическая напряженность электрического поля приводит к увеличению числа пар носителей заряда и росту обратного тока. Электрический пробой бывает лавинным и туннельным.

Лавинный является следствием ударной ионизации атомов кристалла. Носители заряда, попавшие в область пространственного заряда p-n перехода, под действием сильного электрического поля приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации атомов кристалла. Этот пробой возникает в p-n переходах, толщина которых больше средней длины свободного пробега носителей между их очередными столкновениями с узлами кристаллической решетки. Наблюдается при обратных напряжениях больше 15 В.

Рис. 10. Туннельный пробой p-n перехода

уннельный пробой возникает в сильнолегированных полупроводниках при тонком p-n переходе, при напряжениях до 7 В. Сильное электрическое поле создает условия для перехода валентных электронов из p-области непосредственно в зону проводимости n-области (рис.10). Электрический пробой обратим.

Тепловой пробой p-n перехода возникает в результате нарушения равновесия между выделяемым в переходе и отводимым от него теплом. С ростом обратного напряжения и тока растет выделяемая мощность и температура перехода. От этого растет обратный ток и еще больше растет мощность. Далее происходит лавинообразный рост температуры, локальный разогрев, расплавление и переход разрушается необратимо.

Глава 2. Полупроводниковые диоды

2.1. Устройство полупроводниковых диодов

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с одним p-n переходом и двумя выводами.

По конструкции диоды могут быть плоскостными и точечными. В плоскостных линейные размеры p-n перехода больше его толщины. В точечных – меньше.

Плоскостные диоды получают несколькими методами.

Методом сплавления получают германиевые диоды (рис.12, а). При этом таблетка индия при нагреве расплавляется и растворяет германий. Образуется p-слой, легированный индием (p-типа). С припоем создается невыпрямляющий контакт. Переход несимметричный, (p_p>>n_n ) электронная составляющая тока много меньше дырочной

I_диф = I_p + I_n=I_p (2.1)

Область с большой концентрацией основных носителей называют эмиттером. С малой, в которую инжектируются неосновные для нее носители, – базой.

При диффузионной технологии (рис.12,б ) донорная и акцепторная примеси поступают из газовой среды вглубь пластины с электропроводностью n- или p-типа. Концентрация введенной примеси уменьшается с глубиной, эмиттерный слой неоднороден , p-n переход плавный.

П
Рис.12. Структуры плоскост-
ных диодов
риэпитаксии на полупроводниковой пластине, содержащей акцепторную примесь, наращивают кристаллический слой с донорной примесью. Получается резкий p-n переход. Наличие промежуточного обедненного слоя p^-позволяет использовать его в качестве базы и увеличивать толщину p-n перехода (в).

Диод Шоттки (г) создают путем выращивания на подложке из кремния n ⁺ типа эпитаксиального слоя n ^- типа. На нем наращивается слой Si (диэлектрик). После протравливания методом фотолитографии окон в слое Si, в них наносится металл, создающий переход Шоттки.

Точечный диод создают внедрением металлической иглы в кристалл полупроводника. За счет импульсов разогрева места контакта формируется эмиттерный слой. По назначению диоды могут быть: выпрямительные, ВЧ, СВЧ, импульсные, стабилитроны, варикапы, туннельные, фотодиоды, светодиоды.