Пробой электронно-дырочного перехода

При больших обратных напряжениях происходит пробой p-n-перехода – резкое увеличение обратного тока (участок на рис.4.3). В зависимости от физических явлений, приводящих к пробою, различают лавинный, туннельный и тепловой виды пробоя.

Лавинный пробой – это пробой, вызванный лавинным размножением носителей заряда под действием сильного электрического поля. Неосновной носитель заряда, попав в сильное электрическое поле, ускоряется до такой степени, что приобретает энергию, достаточную для образования новых электронно-дырочных пар; вновь образованные электроны и дырки, в свою очередь, ускоряются и могут вызвать появление новых электронов и дырок. Таким образом, происходит лавинное размножение носителей заряда. При таком виде пробоя обратное напряжение остается почти постоянным. Лавинный пробой (при ограничении тока) носит обратимый характер и не приводит к разрушению p-n-перехода.

Обратное напряжение может оставаться постоянным и при другом виде пробоя – туннельном. При туннельном пробое электроны проходят сквозь узкий потенциальный барьер p-n- перехода за счет волновых свойств. Туннельный пробой – это пробой, вызванный квантово-механическим туннелированием носителей заряда сквозь запрещенную зону полупроводника без изменения энергии. Условия для туннелирования возникают только в тонких p-n-переходах при превышении некоторого критического напряжения. Следовательно, туннельный пробой может происходить только в p-n-переходах, изготовленных в полупроводниках с большой концентрацией примесей. Туннельный пробой, как и лавинный, носит обратимый характер и не приводит к разрушению p-n-перехода. Лавинный и туннельный виды пробоев характерны для p-n-переходов на основе кремния.

Тепловой пробой – это пробой, развитие которого сопровождается выделением теплоты вследствие прохождения тока через p-n-переход. При развитии пробоя с ростом тока напряжение не остается постоянным – оно уменьшается. Этот вид пробоя необратим, он приводит к разрушению прибора. Тепловой пробой чаще развивается в германиевых приборах. Однако при повышенной температуре или плохом теплоотводе лавинный или туннельный пробой кремниевого прибора может перейти в теплой.

При лавинном и туннельном механизмах пробоя обратное напряжение почти не меняется при возрастании обратного тока. Это свойство используется в полупроводниковых стабилитронах. Полупроводниковый стабилитрон- это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения.