1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Природа этого тока зависит от рядафакторов. Так, если энергетический барьер для дырок вышебарьера для электронов, то результирующий ток определяетсяэлектронной составляющей, и наоборот. В случае высокой концентрации граничных состояний ток через переход имеет в основном генерационно-рекомбинационный характер.10-5. П Р О Б О Й ЭЛ Е К ТРО Н Н О -Д Ы РО Ч Н О ГО П Е Р Е Х О Д АПри значительном увеличении обратного напряжения на р-п переходе наблюдается резкий рост обратного тока. Это явлениеназывают пробоем электронно-дырочного перехода.
Пробой пере-хода возникает либо в результате воздействия сильного электрического поля в запирающем слое, либо в результате разогреваперехода при протекании тока большой величины.Лавинный пробой. Этот вид пробоя развивается в р-п переходах, образованных слаболегированпыми полупроводниками, когдаширина запирающего слоя достаточно велика. Если к переходуприложено высокое обратное напряжение, то суммарное поле§ = §к + $вн в запирающем слое мож ет оказаться настолькобольшим, что неосновные носители, ускоряемые полем перехода,приобретают энергию, достаточную для ионизации атомов пол упроводника.
Дырки и электроны на своем пути через широкийзапирающий слой образуют новые пары подвижных носителей,которые в свою очередь ускоряются полем § , ионизируют новыеатомы и т. д. В результате ударной ионизации в запирающемслое развивается лавина подвижных носителей заряда и обратный ток резко увеличивается.Для характеристики этого процесса используется коэффициентлавинного умнож ения числа подвижных носителей заряда (электронов и дырок), измеряемый отношением числа носителей, покидающих переход, к числу N 1 частиц, поступающ их в запирающий слой:(10-59)М =Здесь N 2 — число частиц, получившихся в результате ударнойионизации электронами, а— число частиц за счет ионизациидырками.Коэффициент М лавинного умножения носителей, естественно,зависит от приложенного обратного напряжения, удельного с о противления контактирующих полупроводников (степени их легирования) и других факторов.
Обратное напряжение, при которомкоэффициент М стремится к бесконечности, называют напряж ением лавинного пробоя £7Проб.лав- Коэффициент М связан с этойвеличиной соотношениемм- 1,у т.<Ю-0О)Х^проО. лав/где Ъ = 3 для р —и п — в е и Ъ = 5 для р — Ое и п — ЭьНапряжение пробоя можно определить, пользуясь эмпирической зависимостью^проб. лав =(10-61)Здесь рб — удельное сопротивление базы, Ом/см; т ж 0 ,6для Ое и т ж 0,7 для 81; А = 83 для п — Се; 52 для р — О е;80 для п —и 23 для р — ЭкДля лавинного пробоя характерен резкий рост обратного токапри практически неизменном обратном напряжении (рис. 10- 12).Туннельный пробой характерен для переходов, образованныхполупроводниками с меньшим удельным сопротивлением, а такж ес неширокой запрещенной зоной.
В § 9-3 было показано, что в сильных электрических полях границы энергетических зон смещаютсяи вблизи границы может образоваться достаточно тонкий потенциальный барьер, вероятность туннельного прохождения частицчерез который определяется выражением (9-8)(АЬ'з)»Ток, обусловленный туннельным прохождением частиц, называют туннельным током 1тун.Начало туннельного пробоя оценивают по десятикратному превышению туннельного тока над обратным током / 0.
Для германия туннельный пробойвозникаетпри напряженностях поля 8 ПроО. т у н « *« 2 - 1 0 5 В /см,а для кремния — приё п р о б . тун ~ 4-10® В /см.Напряженность поля § Проб. тун зависиткак от приложенного напряжения Е/,так и от удельного сопротивления полупроводников. Значения 27Проб. тун можноопределить по эмпирическим формуламв 'п р о б .т у н ^19 • 103рп + 94 • 10гРр (10-62)для германия иРпс. 10-12. П робой электронно-дырочного перехода.1 — лавинный п р обой ; 2 —туннельный пробой; 3 — тепловой пробой.омных^проб.тун ^ 20 •103р„ + 73 •102рр (10-63)для кремния, где р — удельное сопротивление, Ом-м.В случае высокоомных полупроводников и проб, тунС/проб, лав! Д*^н более низкополупроводников туннельный пробой развивается приМ ен Ь Ш И Хнапряж ениях,¿ /п р о б , тун:¿^проб лав*Характеристика обратного тока при туннельном пробое имееттакой же внд, как и при лавинном (рис.
10- 12).Тепловой пробой. Этот вид пробоя возникает в результатеразогрева р -п перехода обратным током большой величины. Есликоличество джоулева тепла, выделяемого в переходе, больше тепла,отводимого от перехода, то температура перехода повышается.Число неосновных носителей заряда и обратный ток возрастают,переход разогревается еще больше и т. д. Напряжение { 7 Пр о б .тептеплового пробоя зависит от величины обратного тока, удельногосопротивления полупроводника, условий теплоотвода, температуры окружающей среды и других факторов. Зависимость / 0 == / ( { / ) при тепловом пробое имеет характерный участок отрицательного дифференциального сопротивления (рис. 10- 12).При рассмотрении физических процессов в р -п переходе былопоказано, что в запирающем слое по обе стороны от металлургической границы существуют объемные заряды, обусловленныеионизированными атомами примесей (рис.
10- 2 , д), а также п р оникающими в этот слой подвижными носителями зарядов.Кроме того, при подключении к переходу внешнего напряж ения в результате инжекции или экстракции неосновных носителей изменяются концентрации подвижных носителей зарядов в областях полупроводника вблизи границ запирающего сл оя(рис. 10-3, в и 10-4. в).Наличие различных по знаку электрических зарядов по обестороны от металлургической границы можно представить н екоторой эквивалентной электрической емкостью, включенной параллельно переходу, которую называют емкостью перехода.Величины объемных зарядов в переходе и у его границ изменяются в зависимости от приложенного к переходу напряжения,так как изменяется ширина запирающего слоя I, а также концентрации основных и неосновных носителей зарядов вблизи границперехода.
Поэтому в общем случае Сцер = / (II).Величины объемных зарядов непосредственно в запирающемслое и за его пределами различным образом зависят от приложенного к переходу напряжения. В связи с этим принято рассматривать емкость перехода как состоящ ую нз двух величин.Одну из этих величин, характеризующ ую перераспределениезарядов в запирающем слое, называют барьерной емкостью.
В т о рая составляющая — диффузионная емкост ь — отображает п ерераспределение зарядов у границ перехода в результате инжекциии экстракции носителей.Барьерная емкость. Рассмотрим эту емкость на примере р езк огонесимметричного р -п перехода, в котором N аЛ^д. Запирающийслой в этом случае простирается в основном в толще «-п ол у п р оводника. Его ширина определяется выражением (10-57)При подключении обратного напряжения запирающий сл ойрасширяется:I"~Л/"~ У[У(фк+ 1^1 ) _ . 7 ТеЛГдфк + 1 ^ 1фк(10-64)Если представить барьерную емкость в виде некоторого п л оского конденсатора с зарядами на его пластинах, то м ож н оопределить, например,где в — площадь перехода.
Заряд (?„ не пропорционален напряжению, поэтому Ссар = сК<)/(1и. Подставим (10-64) в выражение (10-65) и продифференцировав его по напряжению, получимдля дифференциальной барьерной емкости:(1М6>С увеличением обратного напряжения барьерная емкость резкого несимметричного перехода изменяется примерно обратнопропорционально корню квадратному из напряжения.Характер зависимости Сбар = / { и ) во многом зависит от закона изменения концентрации примесей в области перехода.Так, например, для плавного перехода Сбар изменяется примерно обратно пропорционально корню кубическому из напряжения. Наиболее резкая зависимость Сбар = / ( £ / ) наблюдается в переходе, в котором законизменения концентрации примесейописываетсясложнойфункцией,аппроксимируемой на одном участкелинейной зависимостью от х , а надругом — гиперболической функцией.Зависимость Сбар = / (V ) называют волът-фарадной характеристиР и с .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
