Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 30
Текст из файла (страница 30)
2-29, а). Тогда суммарный обратный ток через переход окажется больше, чем в отсутствие такой ноннзацян. Прн достаточно большой напряженности поля, когда нсходная пара носителей в среднем порождает несколько более одной новой пары, нонязация может приобрести лавннный характер подобно самостоятельному разряду в газе. Прн этом ток будет ограничиваться только внешним сопротивлением.
Ход характеристики в областн ноннзацян вплоть до, пробоя опнсывается с помощью полуэмпнрнческой формулы (2-55) где р н рр — удельные сопротивления соответствующих слоев (Ом см). Важно отметить, что напряжение (тз пропорцнонально удельному сопротивлению базы. Именно поэтому у высоковольтных диодов делают базу яз как можно более высокоомного материала. Кроме того, нз формул (2-52) н (2-53) вцдно, что напряжение туннельного пробоя зависит от типа проводнмостн базы: для базы типа а оно больше, чем для базы типа р, так как едвдвдввво ри > )тр Лврвввд враже Исйользуя выражение (2-51), можно получить дифференциальное сопротнвленне диода в области пробоя: где М вЂ” коэффиииент ударной ионизаг(ии; У вЂ” модуль обратного напряжения и ()м — напряжение лавинного пробоя, при котором М = оо.
Значения показателя и приведены в табл. 2-2. График функции М (1/) ясен из рис. 2-29, б. Из рисунка видно, что заметный рост обратного тока начинается при () = 0,3 Ум. Напряжение Ум при лавинном пробое зависит от удельного сопротивления базы; зависимость эта таиже полуэмпирическая н имеет вид: (гм=ар» а (2-56) где р» имеет размерность Ом см, а значения а и т приведены в табл. 2-2. Как видим, напряжение лавинного пробоя тоже увеличивается с ростом удельного сопротивления. Сравнивая выражения (2-56) и (2-52)„легко прийти к заключению, — что отношение ~l /Ум — — р' находится в п р я м о й зависимости от удельного сопротивления базы. При высоких значениях р» получается Ух > ) Бм н пробой носит лалинный характер; при ниысих значениях р» получается ()х < (.»м н пробой носит туннельный характер. Граничное значение рг, прн котором Ух = Гм, занисит от материала и типа проводимости.
Например, для электронного германия оно составляет около 1 Ом см. Т абл и ца 2-2 Параметры, определяинцне лавннный пробой Мав риаа Тиа»аам 0,65 0,75 Крем»»г»й Электронная Лырочная 0,00 0,60 Германнй Электронная Лырочная йз 52 Из выражения (2-55) легко получить дифференциальное сопротивление диода в области лавинного пробоя: ь» 1 — (ь»Д/М)а й (ьггсг„»)" Если, например Юьт = 100 В; Р = 1О мА; и = 3 и ())Бм = = 0,99, то г, = 100 Ом. (2-57) а В разделе «Поверхностные каналья (см. выпж) рассмотрев случай об е д н е н и я приповерхностной области.
Иногда в литературе можно встретить термин поеерхнослн»ый пробой. Прах. тически этот тнп пробоя является либо туннельным, либо лавинным, но происходитвспецифическихуслсенях: прис у ж е н и и р-л не р е х ода в 5 л из и и о в е р х н о с т и. Такое сужение может быть обусловлено влиянием повеРхиостных энергетических уровней. А именно, если наличие последних приводит и о б о г а щ е н и»о приповерхностной области базы основнымн носителями а, то удельное сопротивление припонерхностного слоя будет меньше, чем а объеме, и ширина перехода в этом слое будет соответственно меньше (см, (2-9)1. значит, пробой начнется в этом «ослабленном» слое, таи как напряжения туннельного и лавинного пробоев согласно (2-52) и (2-56) нропорпиональны удельному сопротивлению.
Внешне «поверхностный пробой» проявляетси в том„что он происходит при напряжении, меньшем «расчетиого» (если расчет исходил иа обьемного удельного сопротивления). Тепловой пробой. Третий механизм пробоя обусловлен выделением тепла в переходе при протекании обратного тока [3Я. Пусть задано обратное напряжение ((. Тогда рассеиваемая мощность составит Р =, ()7о. Под действием этой мощности температура перехода повысится на 1(,Р ((2-41)). Соответственно возрастут ток 1о Иг ((г рг (() О Тбл Тбб а) Рис.
2-20. тепловой пробой. а — троек«в«кон римкин« трави«пик тепло»ого пробоя; б — обрвтнвя кврвкторнстикв явояв в рожин« тевлового пробоя. и мощность Р. Такая взаимосвязь люжет привести к лавинообразному увеличению тона, т. е. к пробою перехода. Оценим условия лавинообразного процесса.
Поскольку и тепловой ток, и ток термогенерации описываются выражением (2-45), подставим в последнее бТ = ((/!о) )тг и обозначим (о (То) = (о» Тогда получаем трансцендентное уравнение относительно тока го: у =( е(ион») го. (2-58) Из рис. 2-30, а видно, что зто уравнение в зависимости от значения (г' может иметь либо два корня, либо один кратный корень. При достаточно большом У уравнение вообще не имеет корней. Такие свойства соответствуют обратной характеристике, показанной на рис. 2-30, б и имеющей участок с от р и ц а т ел ь н'ы м дифференциальным сопротивлением. Очевидно, что напряжению теплового пробоя сгт соответствует на Рнс.
2-30, а точка касания А, в которой производные обеих частей уравнения (2-58) по току 1, равны друг другу: 1 =(о(7М 1о,е ('оиг) = (а()йг) 1,," (2-59) при этом показатель степени в правой части (2-58) равен единице и, значит, 1, = е1о,. Подставляя это значение в 1(2-45)), получаем напряжение теплового пробоя: 7 з (гт=— йггм эолов ' (2-60) Например, если ф, = 0,7 В; )гг = 500'С/Вт и 1м — — 20 мкД, то (/т = 400 В. Значенйе Ут быстро уменьшается с ростом температуры окружаюгдей среды, так как при этом сильно растет начальный ток 1оь У кремниевых приборов ток 1„настолько мал, что тепловой пробой практически исключается. Заметим, что если обратный ток диода существенно возрос благодаря туннельному эффекту или ударной ионизации, то и о с л е эт о г о может наступить тепловой пробой, так как напряженке (7т при большом токе 1м окажется меньше напряжения ()г или Ум.
Соответственно после вертикального участка, свойственного полевому и лавинному пробою, может иметь место участок с отрицательным сопротивлением. 2-8. ПРЯМАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАЛЬНОГО ДИОДА '70к зь иоеский шок Рис. 2-ЗЬ Прямые характеристики реальных диодов — гермвниевого и кремниевого — в нолулогарифмиче. оком масштабе. Цифры харектеринушт иеклои кривых. При напряжении (7 >фг прямая ветвь характеристики согласно (2-33) должна быть экспоненцнальной функцией, которая в полулогарифмическом мастта7о— бе представляется прямой ли- 72 1о 72 нией с единичным наклоном (рис 2-31, штриховая линия).
70 0 У У У ве Между тем, как видно из того '; Оииоеский же рисунка, реальные характе- ристики состоят из нескольких о участков с разными наклонами, так что формула (2-33) пред- 2 — ставляет собой лишь некоторое приближение. Рассмотрим глав- 0 2 и 0 0 70 72 74 70 ные причины, по которым реальная характеристика отличается от идеализированной. Тои рекомбинации.
Из $2 6 известно, что в равновесном состоянии токи термогенерации и рекомбинации в переходе взаимно компенсируются. При прямом смещении перехода крутизна потенциального барьера уменьшается и носители, не способные преодолегь барьер (см. Рвс. 2-6), проникают в переход гораздо глубже. Соответственно увеличиваются вероятность их рекомбинации в переходе и ток рекомбинации 1я. Для оценки этого тока нужно найти скорость рекомбинации из общего выражения (1-69). Обычно, как и прн расчете тока )о, считают уровни ловушек расположенными в середине запрещенной зоны, т.
е. и, = =р~ = пь Рассмотрим участок перехода, в котором концентрации электронов и дырок одинаковы (такой участок всегда имеется внутри перехода, см. Рис. 2-9, а). Полагая р = и в (2-18) и 0 > 2<рг, получаем для этого участка: и/2ф р=п=пе г~и,=р,— п; рп=и,е г ~Ь и; =перь , ии Тогда скорость рекомбинации согласно (1-69б) имеет вид: У=- — — е г. пг пир тш Умножив модуль ! У ~ на заряд д и объем перехода Я, можно получить приближенное значение тока рекомбинации. Более точное значение получится, если проинтегрировать величину г' вдоль перехода, поскольку на разных его участках концентрации р и и различны и находятся в разных соотношениях с концентрациями и, и рь Такой более строгий анализ (311 приводит к следующему выражению". (2-61) Как видим, ток Гя, подобно току 1о,пропорционален собственной концентрации и;, а потому его значение и доля его в общем прямом токе диода существенно зависят от материала.
Ток рекомбинации, так же как и ток термогенерации, играет главную роль в кремниевых диодах. В германиевых диодах его роль может стать заметной при пониженной температуре, когда тепловой ток 1, сильно уменьшается. 1 лавная особенность выражения (2-61) состоит в том, что показатель степени экспоненты содержит множитель т4, которого нет в формуле (2-33). Соответственно наклон такой характеристики в полулогарифмическом масштабе составляет Ч,.
Очевидно, что диффузионный ток (2-33) сильнее зависит от напряжения, чем ток рекомбинации (2-61). Поэтому даже тогда, когда ток 1„играет главную Роль прн малых напряжениях, с ростом напряжения он неизбежно уступает эту роль диффузионному току. В кремниевых диодах это имеет место при напряжении 0 = 0,2 —:0,3 В, т.
е. в пределах «пятки» (см. с. 119), что легко показать, приравнивая значения токов, полученные по формулам (2-33) и (2-61). которое является критерием вырождения. например, прн г = 10 Ом получаем ток вырождения 1, = — 2,5 мА. Г1рн токе ), падение напряжения в базе (lа = Г. га = грг. Даже у мощных диодов, имеющих сопротивление базы около 1 Ом, ток вырождения не превышает 20 — 30 мА, т. е. соответствуег н а ч а л ь н о м у участку характеристики (рис. 2-32). Отсюда следует, что омический участок может сосюавлялгь значительную, а иногда и основную рабочую часть характеристика. Зависимость прямого напряжения от температуры. Рассмотрим сначала идеализированный диод, пользуясь формулой (2-37), в которой от температуры зависят параметры грг и 7а.
Зависимость У (Т) удобно характеризовать разностью ЛУ = У (Т) — У (Т ), которая оказывается пропорциональной температуре: Иl = еЬТ, где температурная чувствительность напряжения е — почти постоянная величина. Прене- х )УФ брегая единицей в формуле (2-37), подставляя 7е из выражения (2-43а) и логарифмнруя, получаем: св г г ив (7=юг!п — +гр,. г l гоо гу г +бе Здесь грг Т, а ток )„н потенциал ор, г оь,ь слабо зависят от температуры. Следовательно, хв г сйе, функция (7(Т) действительно близка к линей- у,в ной. Полагая гр, = сопи(; !и (1)1ео) = сопи! о) (аг н дифференцируя () по Т, легко получить температурную чувствительность напряжения перехода в следующем виде: объемного сопротивления базы на прямую ии (г — р, характеристику реаль.=-т.= т '<О. ИТ' (2-66) ного диода.
Зависимость температурной чувствительности от температуры н формуле (2-66) является кажущейся ', так как с изменением температуры соответственно изменяется значение К Отрицательный знак температурной чувствительности обусловлен очевидныы соотношением сг <Агро<ям. Модуль температурной чувствительности, как следует из (2-66), растет с уменьшением прямого напряжения, а значит, н прямого гока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
