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

для кремния

[/z40p + 8pp, (2-536)

где Рп и Рр - удельные сопротивления соответствующих слоев (Ом-см).

Важно отметить, что напряжение Uz пропорционально удельному сопротивлению базы. Именно поэтому у высоковольтных диодов делают базу из как можно более высокоомного материала. Кроме того, из формул (2-52) и (2-53) видно, что напряжение туннельного пробоя зависит от типа проводимости базы: для базы типа п оно больше, чем для

базы типа р, так как

Используя выражение (2-51), можно получить дифференциальное сопротивление диода в области пробоя:

.10-:

(2-54)

Переход

Длина, свободного прга


к 2--

1..-

ю

SOi

Рис. 2-29. Лавиньый пробой.

а - схема размножения дырок; б - обратная характеристика диода в режиме лавиииого пробоя.

Для германия при f/z = 1(Ю В и / = 10 мА получается r == 200 Ом.

Как видим, это сопротивление мало и уменьшается с увеличением тока. Общий вид обратной характеристики с учетом туннельного пробоя показан на рис. 2-28, б.

Лавинный пробой. Второй механизм пробоя заключается в лавинном размножении носителей в сильном электрическом поле 1351. Этот процесс можно представить себе так же, как ударную ионизацию газа. Электрон и дырка (аналог положительного иона в газе), ускоренные полем на длине свободного пробега, могут разорвать одну из валентных связей атома полупроводника, расположенного в области перехода. В результате рождается новая пара электрон-дырка и процесс может повторяться под действием этих новых носителей (рис. 2-29, а). Тогда суммарный обратный ток через переход окажется больше, чем в отсутствие такой ионизации. При достаточно большой напряженности поля, когда исходная пара носителей в среднем порождает несколько более одной новой пары, ионизация может приобрести лавинный характер подобно самостоятельному разряду в газе. При этом ток будет ограничиваться только внешним сопротивлением.

Ход характеристики в области ионизации вплоть до пробоя описывается с помощью полуэмпирической формулы

(2-55)

UlAJ



где М - коэффициент ударной ионизации; U - модуль обратного напряжения и f/м - напряжение лавинного пробоя, при котором М = оо. Значения показателя п приведены в табл. 2-2. График функции М (U) ясен из рис. 2-29, б. Из рисунка видно, что заметный рост обратного тока начинается при U 0,3 f/м- Напряжение 77м при лавинном пробое зависит от удельного сопротивления базы; зависимость эта также полуэмпирическая и имеет вид:

(2-56)

где Рб имеет размерность Ом см, а значения а ит 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 и/ IJj = pg * находится в прямой зависимости от удельного сопротивления базы. При высоких значениях pg получается Uz > > Um и пробой носит лавинный характер; при низких значениях Рб получается Uz < U и пробой носит туннельный характер. Граничное значение pg, при котором Uz = f/м, зависит от материала и типа проводимости. Например, для электронного германия оно составляет около 1 Ом-см.

Таблица 2-2

Параметры, определяющие лавинный пробой

Материал

Тип базы

Кремний

Электронная

0,65

Дырочная

0,75

Германий

Электронная

0,60

Дырочная

0,60

Из выражения (2-55) легко получить дифференциальное сопротивление диода в области лавинного пробоя:

Если, например U = 100 В; / = 10 мА; n = 3 и UШш = = 0,99, то Гд = 100 Ом.

Иногда в литературе можно встретить термин поверхностный пробой. Практически этот тип пробоя является либо туннельным, либо лавинным, но происходит в специфических условиях: при сужении р-п перехода вблизи поверхности. Такое сужение может быть обусловлено влиянием поверхностных энергетических уровней. А именно, если наличие последних приводит к обогащению приповерхностной области базы основными носителями ,

В разделе Поверхностные каналы обеднения приповерхностной области.

(см. выше) рассмотрен случай



то удельное сопротивление приповерхностного слоя будет меньше, чем в объеме, и ширина перехода в этом слое будет соответственно меньше [см. (2-9)1. Значит, пробой начнется в этом ослабленном слое, так как напряжения туннельного и лавинного пробоев согласно (2-52) и (2-56) пропорциональны удельному сопротивлению. Внешне поверхностный пробой проявляется в том, что он происходит при напряжении, меньшем расчетного (если расчет исходил из объемного удельного сопротивления).

Тепловой пробой. Третий механизм пробоя обусловлен выделением тепла в переходе при протекании обратного тока 136]. Пусть задано обратное напряжение u. Тогда рассеиваемая мощность составит Р = VIq. Под действием этой мощности температура перехода повысится на RfP 1(2-41)]. Соответственно возрастут ток /о



Рис. 2-30. Тепловой пробой.

а - графическое решение уравиения теплового пробоя; б - обратная характеристика диода в режиме теплового пробоя.

И мощность Р. Такая взаимосвязь может привести к лавинообразному увеличению тока, т. е. к пробою перехода. Оценим условия лавинообразного процесса. Поскольку и тепловой ток, и ток термогенерации описываются выражением (2-45У, подставим в последнее AT = {JJIq) r, и обозначим Iq (То) = /oi- Тогда получаем трансцендентное уравнение относительно тока 1о-

/о = т)о.

(2-58)

Из рис. 2-30, а видно, что это уравнение в зависимости от значения и может иметь либо два корня, либо один кратный корень. При достаточно большом V уравнение вообще не имеет корней. Такие свойства соответствуют обратной характеристике, показанной на рис. 2-30, б и имеющей участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Очевидно, что напряжению теплового пробоя [/т соответствует на рис. 2-30, а точка касания А, в которой производные обеих частей



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.