Электрический пробой

При движении через p-n переход под дейст­вием электрического поля неосновные носите­ли заряда приобретают достаточную энергию для ионизации атомов решетки.

Пройдя через p-n переход и двигаясь с большой скоростью внутри полупроводника, электроны сталкива­ются с нейтральными атомами и ионизируют их.

В результате ударной ионизации появляются новые свободные электроны и дырки, которые в свою очередь, разго­няются полем и создают возрастающее количество носителей тока.

Этот процесс носит лавинообразный характер и приводит к значительному увеличе­нию обратного тока при постоянном обратном напряжении (обратная ветвь ВАХ перехода, рис.5.4).

Возможны два типа электрического пробоя: лавинный пробой и туннельный пробой

Рис. 5.4 Пробой p-n перехода

Лавинный пробой обычно развивается в достаточно широких p-n переходах.

В тонких р-n переходах при большой напряженности электрического поля развивается туннельный пробой.

Электрический пробой обратим, первоначальные свойства p-n перехода полностью восстанавливаются, если от­ключить источник э.д.с. от перехода. Электрический пробой используют в качестве рабочего режима в диодах-стабилитронах.

Тепловой пробой

Если температура p-n перехода возрастает в результате его нагрева обратным током и недостаточным теплоотводом, то усиливается процесс генерации пар носителей заряда.

Это приводит к дальнейшему нагреву р-n перехода и увеличению обратного тока до значений при которых наступает разрушение перехо­да. Такой процесс называется тепловым пробоем.

Т.о. допустимое обратное напряжение на переходе зависит от условий теплоотвода.

Тепловой пробой необратим, поэтому этот режим недопустим при эксплуатации полу­проводниковых приборов.

Дифференциальное сопротивление p-n перехода

Анализ ВАХ p-n перехода позволяет рассматривать его как нелинейный эле­мент, сопротивление которого меняется в зависимости от величины и полярно­сти приложенного напряжения.

Дифференциальное сопротивление

r_дифф = dU/dI (5.20)

Дифференциальное сопротивление используется для анализа работы п/п прибора при малом переменном сигнале u(t) и постоянном смещении U₌

U(t) = U₌ + u(t)

u_~(t) = U_~ sin(t)

причем U_~ << U₌ (5.21)

Рис. 5.5 Дифференциальное сопротивление p-n перехода

При увеличении U_пр сопротивление p-n перехода уменьшается.

С изменением полярности и величины U_обр, сопротивление p-n перехода резко увеличивает­ся.

Т.о., прямая (линейная) зависимость между напряжением и током (закон Ома) для p-n-перехода не соблюдается.

Нелинейные свойства p-n перехода ле­жат в основе полупроводниковых приборов, использующихся для выпрямления переменного тока, ограничения амплитуд и т.д.

Контакт (переход) полупроводник- полупроводник

Если слои полупроводника одного типа проводимости, но с разной концентрацией примесей, то получается электронно -электронный (n⁺-n) и дырочно-дырочный (p⁺-p) переходы. (“+” обозначает повышенную концентрацию).

Рис. 5.6 Переход полупроводник- полупроводник

Контакт металл - полупроводник

Контакты между п/п и металлом широко используются в п/п технике. Это формирование внешних выводов и создание быстродействующих диодов.

Контакт металл-полупроводник получается вакуумным напылением пленки металла на очищенную поверхность полупроводника.

Различают выпрямляющие и омические переходы на контакте металла с полупроводником.

Выпрямляющий контакт (переход) - контакт с нелинейной ВАХ, когда прямое сопротивление перехода металл - полупроводник меньше обратного.

Омический контакт (переход) – невыпрямляющий контакт, сопротивление в прямом и обратном направлении подчиняется закону Ома

Тип контакта металл - полу­проводник определяется:

- работой выхода электронов из металла (А_м) и полупроводника (А_{n, p});

- знаком и плотностью поверх­ностного заряда на границе раздела;

- типом про­водимости полупроводника;

- концентрацией примесей в нем.