Главная страница  Транзисторные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [ 42 ] 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

Ток утечки. Поверхностные утечки представляют собой нередко главный фактор, влияющий на обратную характеристику. Ток утечки не всегда является второстепенным результато.м загрязнения поверхности. Он обусловлен в первую очередь поверхностными энергетическими уровнями, которые способствуют активной генерации - рекомбинации (см. с. 46), а также молекулярными или ионными пленками, шунтирующими переход (это могут быть молекулы окислов основного материала, молекулы газов, воды, ионы водорода и т. п.). При повышении напряжения ток утечки растет сначала почти линейно, а .затем более сильно (рис. 2-26). Почти

линейный начальный участок характеристики /у (U) можно охарактеризовать эквивалентным сопротивлением утечки Ry.

а) © J



Рис. 2-26. Обратные характеристики диодов - германиевого (а) и кремниевого (б) - в отсутствие поверхностного канала.

Рис. 2-27. Обратная характеристика реального диода, ее идеализация (а) и эквивалентная схема диода при обратном включении (б).

Характерная черта тока утечки заключается в его временной нестабильности, которую часто называют ползучестью . Ползучесть проявляется в изменении обратного тока в течение некоторого времени после скачкообразного изменения обратного напряжения, в частности после его включения [32]. Есть основания считать, что ползучесть связана главным образом с адсорбированной пленкой водяных паров. Времена релаксации при нарастании или спадании обратного тока оказываются различными и обычно лежат в пределах от нескольких секунд до нескольких часов. В течение указанного времени обратный ток заметно меняется (изменение может выражаться в десятках процентов), причем величина ползучести оказывается индивидуальной у разных диодов одного и того же типа.

Ток утечки зависит от температуры сравнительно слабо. Поэтому по сравнению с токами /о и Iq ток /у можно считать постоянным. Если при комнатной температуре /у /о + /о. то ролью тока утечки вообще можно пренебречь. Однако чаще, особенно у кремниевых диодов, имеет место соотношение /у > /о + /о-

Эквивалентная схема диода при обратном смещении. Из предыдущих разделов видно, что полный обратный ток диода представляет собой сложную функцию напряжения и возрастает с его ростом (рис. 2-27, а). Для расчетов удобно представить полупроводникоч



БЫЙ дкод, работающий в обратном направлении, в виде линейной эквивалентной схемы,. показанной на рис. 2-27, б Соответствующая формула для такой идеализированной характеристики имеет вид:

/ = /обр + 7. (2-50)

где /обр - ток, получаемый птем экстраполяции характеристики до пересечения с осью токов (рис. 2-27, а); Гобр - сопротивление, характеризующее средний наклон кривой.

Несмотря на приближенность формулы (2-50), она, как и эквивалентная схема на рис. 2-27, б, позволяет производить полезные количественные оценки в широком диапазоне напряжений. Параметры эквивалентной схемы определяются по данным справочников или путем измерений.

2-7. ПРОБОЙ ПЕРЕХОДА

Под пробоем р-п перехода понимают резкое уменьшение дифференциального обратного сопротивления, сопровождающееся резким возрастанием обратного тока при незначительном увеличении напряжения Разумеется, понятие резких изменений условно; по существу те процессы, которые обусловливают пробой, начинают проявляться в той или иной мере при напряжениях, значительно меньших пробивного. Поэтому, рассматривая причины пробоя, мы тем самым рассмотрим дополнительные причины, по которым обратный ток реального диода превышает тепловой ток /q.

Различают три вида (механизма) пробоя: туннельный (зенеров-ский) , лавинный и тепловой. Первые два связаны с увеличением напряженности электрического поля, а третий - с увеличением рас-. свиваемой мощности и соответственно температуры.

Туннельный пробой. В основе этого вида пробоя лежит туннельный эффект, т. е. просачивание электронов сквозь потенциальный барьер, если толщина последнего достаточно мала.

Вероятность туннельного эффекта определяется зкспонентой

1291:

ехр(-~-d К2)= ехр (-10 ЙФ),

где Ф - высота барьера. В; d - его толщина, см. Коэффициент 10* получен для случая т* = т.

При анализе пробоя под высотой барьера следует понимать ширину запрещенной зоны фз, а под толщиной барьера - расстояние d между противостоящими зонами (рис. 2-28, а). Если распределение потенциала принять линейным и положить \ U \ Афо,

* Второе название связано с фамилией ученого Zener, впервые описавшего соответствующее явление применительно к однородному материалу.



то расстояние d легко найти из рис. 2-28, а: d = t {ц)\и\). Тогда вероятность туннелирования (см. выше) будет определяться напряженностью поля в переходе (Е = \ U ! ), шириной запрещенной зоны, а также эффективной массой носителей. Нетрудно убедиться в очень сильной зависимости туннельного эффекта от напряженности поля: изменение 1,21,00,80,Б0/Ю,г О значения Е от 1№ до

1,1 10 В/см (при Фз = = 1 В) увеличивает вероятность туннелирова-

р-слои п-слои. d

Туннели- рованае



5 -50 S: 8-80

ния в е раз! Ясно, что при напряженно-стях 10* В/см и менее нет никакого смысла учитывать туннельный эффект. Напротив, при напряженностях более 10 В/см этот эффект становится весьма существенным.

Плотность туннельного тока получается путем умножения приведенной выше вероятности туннелирования на некоторые параметры валентной зоны, а также на напряженность поля. В результате *

/ 10Вфз/2\

Рис. 2-28. Туннельный пробой.

о - зонная диаграмма; б - обратная характеристика диода н режиме пробоя.

/ = Лг/ехр

(2-51)

Начало пробоя оценивают условно, например, из равенства / = Ю/о. При этом получают пробивную напряженность поля JEp (опыт дает для германия 2 10 В/см и для кремния Е ~

4-10 В/см).

Как известно, в реальцых р-п переходах распределение потенциала нелинейное и поле непостоянное: максимальная напряженность поля имеет место на металлургической границе (см. рис. 2-7). Величину акс можно выразить через напряжение <7, если подставить в формулу (2-66) значения л; = О и / = /, где / определяется формулой (2-12). Полагая акс = £пр. получаем напряжение туннельного пробоя в следующем виде:

=$7 = \ бпррб.

(2-52)

Более точные полуэмпирические зависимости имеют вид [34]: для германия

f/zl00p -b50pp; (2-53а)

В несколько иной форме такое выражение получено в работе [33].



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [ 42 ] 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.