Физические основы электроники. Глазачев А.В - 20 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
20
где
0
I – начальный ток;
U
– приложенное напряжение;
п
U – напряжение лавинного пробоя;
n
– ко-
эффициент, равный 3 для
Ge
, 5 для
Si
.
Туннельный пробой происходит в очень тонких р–n-переходах, что возможно при очень высокой
концентрации примесей
319
см10
-
»N , когда
ширина перехода становится малой (поряд-
ка 0,01 мкм) и при небольших значениях обрат-
ного напряжения (несколько вольт), когда возни-
кает большой градиент электрического поля. Вы-
сокое значение напряженности электрического
поля, воздействуя на атомы кристаллической ре-
шетки, повышает энергию валентных электронов
и приводит к их туннельному «просачиванию»
сквозь «тонкий» энергетический барьер
(рис. 1.21) из валентной зоны p-области в зону
проводимости n-области. Причем «просачива-
ние» происходит без изменения энергии носите-
лей заряда. Для туннельного пробоя также харак-
терен резкий рост обратного тока при практиче-
ски неизменном обратном напряжении.
Если обратный ток при обоих видах электрического пробоя не превысит максимально допусти-
мого значения, при котором произойдет перегрев и разрушение кристаллической структуры полу-
проводника, то они являются обратимыми и могут быть воспроизведены многократно.
Тепловым называется пробой р–n-перехода, обусловленный ростом количества носителей заряда
при повышении температуры кристалла. С увеличением обратного напряжения и тока возрастает
тепловая мощность, выделяющаяся в р–n-переходе, и, соответственно, температура кристаллической
структуры. Под действием тепла усиливаются колебания атомов кристалла и ослабевает связь валент-
ных электронов с ними, возрастает вероятность перехода их в зону проводимости и образования до-
полнительных пар носителей «электрон – дырка». Если электрическая мощность в р–n-переходе пре-
высит максимально допустимое значение, то процесс термогенерации лавинообразно нарастает, в
кристалле происходит необратимая перестройка структуры и р-n-переход разрушается.
Для предотвращения теплового пробоя необходимо выполнение условия
maxрассобробррасс
PIUP
<
=
, (1.18)
где
maxрасс
P – максимально допустимая мощность рассеяния p–n-перехода.
Поверхностный пробой. Распределение напряженности электрического поля в р–n-переходе мо-
жет существенно изменить заряды, имеющиеся на поверхности полупроводника. Поверхностный заряд
может привести к увеличению или уменьшению толщины перехода, в результате чего на поверхности
перехода может наступить пробой при напряженности поля, меньшей той, которая необходима для
возникновения пробоя в толще полупроводника. Это явление называют поверхностным пробоем.
Большую роль при возникновении поверхностного пробоя играют диэлектрические свойства среды,
граничащей с поверхностью полупроводника. Для снижения вероятности поверхностного пробоя при-
меняют специальные защитные покрытия с высокой диэлектрической постоянной.
1.7.5. Ёмкость р–n-перехода
Изменение внешнего напряжения на p–n-переходе приводит к изменению ширины обедненного
слоя и, соответственно, накопленного в нем электрического заряда (это также обусловлено изменением
концентрации инжектированных носителей заряда вблизи перехода). Исходя их этого p–n-переход
ведет себя подобно конденсатору, ёмкость которого определяется как отношение изменения накоплен-
ного в p–n-переходе заряда к обусловившему это изменение приложенному внешнему напряжению.
Различают барьерную (или зарядную) и диффузионную ёмкость р-n-перехода.
Барьерная ёмкость соответствует обратновключенному p–n-переходу, который рассматривается
как обычный конденсатор, где пластинами являются границы обедненного слоя, а сам обедненный
слой служит несовершенным диэлектриком с увеличенными диэлектрическими потерями:
n
W
п
n
W
в
p
W
п
p
W
в
n
F
W
p
F
W
вн
qU
Рис. 1.21. Зонная диаграмма, иллюстрирующая
туннельный пробой p–n-перехода при обратном смещении

Страницы