Пробой p-n перехода.

При достаточно большом обратном напряжении на p-n переходе мо­жет произойти резкое увеличение обратного тока. Это явление называют пробоем электронно-дырочного перехода.

Различают три основных механизма пробоя: туннельный (зенеровский, или полевой), лавинный и тепловой.

Туннельный пробой. Этот пробой объясняется туннельным эффектом, сущность которого состоит в том, что при доста­точно больших напряжённостях поля в p-n переходе электроны могут переходить из валентной зоны p полупроводника в зону проводимости n полупроводника без изменения своей энергии (рис. 1.13 ). Туннельный пробой обычно начинается при напряженности поля 2×10⁷ В/м для германия и 1×10⁸ В/м для кремния. Такая высокая напряженность поля характерна для узких переходов, т.е. переходов, изготовленных из по­лупроводников с высоким содержанием примесей.

Лавинный пробой. Лавинный пробой развивается в p-n переходах, образованных слаболегированными полупроводниками, когда ширина перехода достаточно велика. При лавинном пробое носители приобретают в поле p-n перехода энергию, достаточную для ударной ионизации атомов кристаллической решетки. В результате в области пе­рехода происходит размножение носителей, приводящее к увеличению обратного тока. При некотором обратном напряжении процесс ударной ионизации развивается лавинообразно - переход пробивается.

Тепловой пробой. Тепловой пробой наступает в том случае, когда выделяющаяся на переходе мощность больше отводимой мощности , где T_n - тем­пература перехода,T_окр - температура окружающей среды, R_Т –теп­ловое сопротивление между переходом и окружающей средой. Это ведет к повышению температуры перехода, к росту обратного тока и еще большему нагреву. Такой нарастающий процесс может привести к недопустимому перегреву перехода, в результате которого произойдет резкое увеличение обратного тока, т.е. возникает тепловой пробой.

С ростом температуры окружающей среды обратное напряжение, при котором происходит тепловой пробой, существенно снижается. В кремниевых переходах, где обратный ток мал вначале тепловой пробой практически исключается, но он может наступить в результате увеличения обрат­ного тока за счет туннельного или лавинного пробоев.

На рис. 1.14 показаны обратные ветви вольтамперных характе­ристик p-n переходов для трех рассмотренных видов пробоя.