Пробой диода

Пробоем диода называют резкое увеличение обратного тока при некотором значении обратного напряжения. Различают три вида пробоя: лавинный, туннельный и тепловой.

Туннельный пробой обусловлен туннельным эффектом, то есть «просачиванием» электронов сквозь тонкий потенциальный барьер. Он наблюдается в том случае, когда при подаче обратного напряжения возникает перекрытие энергетических зон (рис. 3.4), вследствие чего электроны могут переходить из валентной зоны р-области в зону проводимости п-области.

Для возникновения туннельных переходов необходимо, чтобы напряженность поля в переходе достигла определенной критической величины (?_кр. Экспериментально установлено, что для германия $_кр ~ 3,7-Ю⁵ В/см, для кремния #_кр = 1,4-10⁶ В/см, что достижимо только в очень узких jo-и-переходах, получаемых при высокой концентрации примеси. В несимметричном р-и-переходе при N._d » JV_d максимальная напряженность поля определяется уравнением (1.80):

Туннельный пробой с повышением температуры наступает при более низком обратном напряжении. Объясняется это тем, что с ростом температуры у полупроводников уменьшается ширина запрещенной зоны, соответственно, уменьшается толщина р-я-перехода и возрастает напряженность поля в переходе, что увеличивает вероятность возникновения туннельного пробоя.

Лавинный пробой происходит в результате лавинного размножения носителей заряда в р-гс-переходе под действием сильного поля. При высокой напряженности поля подвижные носители заряда на длине свободного пробега приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации атомов, под действием которой появляются новые пары носителей заряда. При достаточно большой напряженности поля, когда исходная пара носителей заряда в среднем порождает более одной новой пары, ионизация приобретает лавинный характер, что вызывает лавинный рост обратного тока. При этом обратный ток ограничивается резистором, включенным последовательно с диодом.

Интенсивность ударной ионизации оценивают коэффициентом размножения носителей заряда М, который равен отношению числа носителей заряда, покидающих р-и-переход, к числу носителей заряда, вошедших в р-п-переход,. В результате ударной ионизации обратный ток становится равным г_цбр = Мц. Зависимость коэффициента М от приложенного к диоду напряжения характеризуют полуэмпирической формулой

Напряжение лавинного пробоя зависит от температуры. С повышением температуры уменьшается длина свободного пробега носителей заряда, в результате уменьшается энергия, которую приобретает носитель заряда на длине свободного пробега в электрическом поле. Поэтому лавинный пробой наступает при более высоком обратном напряжении.

Тепловой пробой обусловлен перегревом/>-?г-перехода обратным током. Мощность, подводимая к переходу и нагревающая его, определяется обратным напряжением

Одновременно с нагревом выделяющееся в переходе тепло передается металлическому основанию корпуса, на котором закреплен кристалл. Значение отводимой мощности пропорционально разности температур перехода Г„ и корпуса Г_кор и обратно пропорционально тепловому сопротивлению R_T:

Тепловое сопротивление определяет перепад температур Т„ и Т_кор, необходимый для отвода 1 Вт мощности от перехода в окружающую среду. Тепловое сопротив­ление рассчитывают по формуле