1.9.7. Виды пробоев р-n-перехода Существует три разновидности пробоев р-n-перехода: туннельный, лавинный, тепловой. Два первых носят название электрического пробоя и являются неразрушаемыми.

1.9.7.1. Туннельный пробой

В основе туннельного пробоя лежит зависимость потенциальных уровней от величины Δ на р-n-переходе. Чем больше Δ, а, следовательно, U, тем больше разница между однотипными зонами в слоях n и р. В этом случае при некоторой величине обратного напряжения зона проводимости n-полупроводника окажется ниже валентной зоны р-полупровод-ника (рис. 1.20) и электроны из зоны проводимости n-полупроводника могут напрямую (без изменения) энергии просочиться в валентную зону р-полупроводника и обратно. Это явление называется туннельным эффектом, а ток – туннельным. Величина обратного тока при туннельном пробое резко возрастает и может быть соизмерима с прямым током (рис. 1.21). Если ток не превышает допустимой величины, то данный пробой не разрушает р-n-переход. С ростом температуры напряжение пробоя уменьшается, т.к. уменьшается ширина запрещенной зоны.

1.9.7.2. Лавинный пробой

Лавинный пробой имеет другой механизм. Под действием электрического поля электроны в обедненном слое достигают таких скоростей (энергий) при которых возможна ударная ионизация атомов (рис. 1.22). При некотором обратном напряжении ионизация носит лавинный характер, и обратный ток резко возрастает (рис. 1.23). При лавинном пробое с увеличением температуры напряжение пробоя увеличивается. Объясняется это тем, что подвижность носителей обратно пропорционально температуре, и, следовательно, скорость и энергия меньше.

1.9.7.3. Тепловой пробой

В основе теплового пробоя лежит саморазогрев p-n-перехода при достижении обратного тока определенной величины. Как известно, мощность потерь и вся эта мощность переходит в тепло, а с увеличением температуры растет тепловой ток I₀, что приводит к возрастанию потерь. Начинается тепловой пробой только после появления туннельного или лавинного пробоев (рис. 1.24). Этот пробой необратим и приводит к разрушению p-n-перехода. При увеличении температуры напряжение пробоя уменьшается.

1.9.8. Емкость р-n-перехода

P-n-переход обладает емкостью. Это связано с тем, что р-n-переход можно рассматривать как плоский конденсатор, где области р и n являются обкладками, а обедненный слой диэлектриком. Если мы прикладываем к р-n-переходу внешнее напряжение, то происходит либо накопление заряда в базе (прямое напряжение), либо рассасывание (обратное напряжение). В связи с этим принято рассматривать два вида емкости на р-n-переходе: при прямом напряжении это диффузионная емкость (С_диф), она тем больше чем больше прямой ток.

,

где I_пр – прямой ток;  – время жизни носителей.

Однако влияние диффузионной емкости на переходные процессы и частотные свойства незначительно. Это связано с тем, что С_диф зашунтиро-вана малым прямым сопротивлением р-n-перехода и постоянная времени величина незначительная.

Барьерная емкость р-n-перехода зависит от величины обратного напряжения, а именно

[Ф/мм²],

где – заряд электрона; – диэлектрическая проницаемость вакуума; – диэлектрическая проницаемость полупроводника; – концентрация примести в базе; – обратное напряжение на р-n-переходе.

Учитывая, что для кремния = 12, можно рассчитать барьерную емкость так:

[Ф/мм²].

В справочнике дается величина для напряжения на емкости U₀. Если нужно найти емкость при другом напряжении U, то можно воспользоваться следующей формулой

.

Вольт-фарадная характеристика барьерной емкости представлена на рис. 1.25.