Зворотна гілка ВАХ

На величину струму, шо протікає через - перехід, включений у зворотному напрямі, впливає явище генерації носіїв. При зовнішній напрузі між процесами гене­рації та рекомбінації у переході встановлюється рівновага. При генеровані в переході дірки та електрони виштовхуються з нього зростаючим полем .Це приводить до виникнення додаткового струму генерації ,який за напрямом збігається зі зворотним струмом. При , і справедливе відношення

, (1.41)

де - товщина запірного шару.

З формули (1.41) випливає, що відносна роль генераційної складової зворотного струму зі зменшенням власної концентрації електронів ,тобто зі збільшенням ширини забороненої зони, а також при зростанні концентрації домішок .

Наприклад, при однакових значеннях і для германію і , а для кремнію і .

Отже, якщо в германієвих - переходах струмом генерації можна знехтувати, то в кремнієвих він є основною складовою зворотного струму. Тому на ВАХ кремнієвих переходів немає ділянки насичення, яка формується за рахунок струму .

Струм , до того ж, зростає при збільшенні , тому що товщина - переходу, а отже, і опір переходу пропорційні до величини (див. (1.32)).

Складовою зворотного струму є також незначний струм поверхневого витоку , який викликається неідеальною обробкою поверхні напівпровідника біля - переходу.

Таким чином, зворотний струм - переходу дорівнює

,(1.42)

де – струмнасичення, зростає при збільшенні зворотної напруги (рис. 1.18). У цьому полягає відмінність зворотної гілки реальної ВАХ від теоретичної, на якій .

При деяких досить великих на зворотній гілці реальної ВАХ з’являється ділянка пробою - переходу. Явище пробою полягає в різкому зростанні зворотного струму. Існує 4 різновиди пробою: лавинний, тунельний, тепловий та поверхневий.

При лавинному пробої (рис. 1.18, крива 1) відбувається ударна іонізація нейтральних атомів збідненого шару НП неосновними носіями заряду, що розвивають під час вільного пробігу достатню кінетичну енергію. Іонізація приводить до лавинного помноження вільних носіїв і до зростання . Оскільки умовою лавинного пробою є те, що довжина вільного пробігу електрона має бути значно меншою від товщини - переходу ( ), то такі пробої найбільш імовірні для широких переходів, коли НП леговано невеликою кількістю домішок.

Тунельний пробій (рис. 1.18, крива 1) виникає у вузьких - переходах (при великих концентраціях домішок у НП), коли напруга зовнішнього електричного поля в кремнію досягає 10 В/см, а в германію - В/см. Під дією силь­ного поля валентні електрони вириваються з ковалентних зв’язків, створюються пари “електрон-дірка”, зростає . Для дуже вузьких переходів величини напруг пробою можуть бути невеликими.

Тепловий пробій (рис. 1.18, крива 2) спричиняється явищем самоперегрівання НП. Воно полягає у тому, що збільшення приводить до зростання температури в пере­ході; це, у свою чергу, зумовлює додаткову термогенерацію носіїв, зростає струм і, нарешті, перехід перегрівається, кристалічна ґратка руйнується. Тому пробій такого виду є незворотним і стає можливим при порушенні режиму охолодження. Ділянка АВ з негативним диференціальним опором зумовлена тим, що збільшення кількості носіїв заряду приводить до зменшення опору - переходу і падіння напруги на ньому.

Поверхневий пробій може виникнути в місцях виходу - переходу на поверхню НП, в яких створюється додатко­вий електричний поверхневий заряд, що значно спотворює картину поля в переході. Якщо товщина переходу біля поверхні менша від товщини переходу в глибині НП, то поверхневий пробій відбувається при менших напругах, ніж звичайно. Цю особливість необхідно враховувати при виборі захисних покриттів напівпровідникових приладів.