Составители:
Рубрика:
2
Ударная ионизация. В сильных электрических полях электрон за время свободного пробега может приобрести энер-
гию, достаточную для ионизации атомов вещества, в результате чего в зоне проводимости появляется электрон, а в ва-
лентной зоне – дырка. При этом сам электрон еще сохранит энергию, достаточную для пребывания в зоне проводимости,
т.е. в
результате ударной ионизации этот электрон лишь смешается в пределах зоны проводимости с верхнего уровня на
нижний, порождая два дополнительных носителя заряда. Концентрация свободных носителей увеличивается до таких
значений, при которых её возрастание станет компенсироваться обратным процессом рекомбинации.
Электростатическая ионизация. Сильное электрическое поле может до такой степени изменить конфигурацию
энергетических зон
полупроводника, что уровни валентных электронов одного атома станут соответствовать уровням
зоны проводимости, на небольшом расстоянии от этого атома. В этих условиях появляется возможность туннельного пе-
рехода валентных электронов в зону проводимости через малый пространственный интервал, разделяющий эти зоны.
Энергия электронов в таком процессе не изменяется.
Рассмотренные зависимости подвижности носителей заряда
в полупроводниках и их концентрации от приложенного
поля приводит к существенным отклонениям от закона Ома при напряженностях полей, больших 10
4
В/м, а при меньших
полях однородный полупроводниковый резистор ведет себя как линейный элемент, т.е. его сопротивление не зависит от
приложенного напряжения. Для создания резистора, нелинейного и при слабых электрических полях, используется спе-
циальная технология изготовления, при которой весь объем полупроводника оказывается состоящим из громадного ко-
личества p-n-переходов, расположенных хаотически
и имеющих хаотические электрические характеристики. Это дости-
гается с помощью формирования объема резистора методом горячего прессования мелко размолотого полупроводнико-
вого материала с применением специально подобранных связующих компонентов. На границах зерен возникают p-n-
переходы благодаря примесям, проникшим в полупроводник при действии высокой температуры. Таким образом, каждое
зерно представляет собой два встречно включенных
диода, и главное влияние на сопротивление будут оказывать p-n-
переходы, оказавшиеся включенными в обратном (запирающем) направлении. Это приводит к нелинейности вольт-
амперной характеристики, свойственной диоду в обратном вкючении при любой полярности напряжения на варисторе.
Другим источником нелинейности служит непосредственный электрический контакт соседних зерен, возникший при их
спекании. Такие контакты служат причиной микронагревания
при прохождении тока, что снижает сопротивление с рос-
том тока через варистор. При больших токах происходит дополнительное уменьшение сопротивления за счет возникно-
вения эмиссии электронов с острых кромок зерен (явление автоэлектронной эмиссии), а также туннельного эффекта че-
рез оксидные пленки на поверхности зерен и их электрического пробоя при высоких напряженностях
полей. В результате
создается элемент, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения во всем диапазоне напряжений, т.е.
варистор. Описать его вольт-амперную характеристику теоретически не представляется возможным, и на практике ее
приближенно заменяют эмпирической зависимостью:
,
β
UBI ⋅=
(1)
где β – коэффициент нелинейности. Типичная вольт-амперная характеристика варистора представленна на рис.2.
Описание лабораторной установки.
В работе исследуются свойства варистора типа СН 1, материалом в котором является карбид кремния SiC, полупро-
водник с шириной зоны E
g
=3 эВ. Лабораторная установка позволяет наблюдать волльт-амперную характеристику на эк-
Рис.2. Типичная вольт-амперная характеристика варистора.
2
Ударная ионизация. В сильных электрических полях электрон за время свободного пробега может приобрести энер-
гию, достаточную для ионизации атомов вещества, в результате чего в зоне проводимости появляется электрон, а в ва-
лентной зоне дырка. При этом сам электрон еще сохранит энергию, достаточную для пребывания в зоне проводимости,
т.е. в результате ударной ионизации этот электрон лишь смешается в пределах зоны проводимости с верхнего уровня на
нижний, порождая два дополнительных носителя заряда. Концентрация свободных носителей увеличивается до таких
значений, при которых её возрастание станет компенсироваться обратным процессом рекомбинации.
Электростатическая ионизация. Сильное электрическое поле может до такой степени изменить конфигурацию
энергетических зон полупроводника, что уровни валентных электронов одного атома станут соответствовать уровням
зоны проводимости, на небольшом расстоянии от этого атома. В этих условиях появляется возможность туннельного пе-
рехода валентных электронов в зону проводимости через малый пространственный интервал, разделяющий эти зоны.
Энергия электронов в таком процессе не изменяется.
Рассмотренные зависимости подвижности носителей заряда в полупроводниках и их концентрации от приложенного
поля приводит к существенным отклонениям от закона Ома при напряженностях полей, больших 104В/м, а при меньших
полях однородный полупроводниковый резистор ведет себя как линейный элемент, т.е. его сопротивление не зависит от
приложенного напряжения. Для создания резистора, нелинейного и при слабых электрических полях, используется спе-
циальная технология изготовления, при которой весь объем полупроводника оказывается состоящим из громадного ко-
личества p-n-переходов, расположенных хаотически и имеющих хаотические электрические характеристики. Это дости-
гается с помощью формирования объема резистора методом горячего прессования мелко размолотого полупроводнико-
вого материала с применением специально подобранных связующих компонентов. На границах зерен возникают p-n-
переходы благодаря примесям, проникшим в полупроводник при действии высокой температуры. Таким образом, каждое
зерно представляет собой два встречно включенных диода, и главное влияние на сопротивление будут оказывать p-n-
переходы, оказавшиеся включенными в обратном (запирающем) направлении. Это приводит к нелинейности вольт-
амперной характеристики, свойственной диоду в обратном вкючении при любой полярности напряжения на варисторе.
Другим источником нелинейности служит непосредственный электрический контакт соседних зерен, возникший при их
спекании. Такие контакты служат причиной микронагревания при прохождении тока, что снижает сопротивление с рос-
том тока через варистор. При больших токах происходит дополнительное уменьшение сопротивления за счет возникно-
вения эмиссии электронов с острых кромок зерен (явление автоэлектронной эмиссии), а также туннельного эффекта че-
рез оксидные пленки на поверхности зерен и их электрического пробоя при высоких напряженностях полей. В результате
создается элемент, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения во всем диапазоне напряжений, т.е.
варистор. Описать его вольт-амперную характеристику теоретически не представляется возможным, и на практике ее
приближенно заменяют эмпирической зависимостью:
I = B ⋅U β , (1)
где β коэффициент нелинейности. Типичная вольт-амперная характеристика варистора представленна на рис.2.
Рис.2. Типичная вольт-амперная характеристика варистора.
Описание лабораторной установки.
В работе исследуются свойства варистора типа СН 1, материалом в котором является карбид кремния SiC, полупро-
водник с шириной зоны Eg=3 эВ. Лабораторная установка позволяет наблюдать волльт-амперную характеристику на эк-
