Пряме ввімкнення контакту. Пробій p-n-переходів

При прямому ввімкненні, коли напруженість зовнішнього електричного поля протилежна контактному, енергетичні рівні р-напівпровідника опускаються, а n-напівпровідника піднімаються (рис.7.9). Висота потенціального бар’єру для основних носіїв заряду зменшується на величину qV. Тому їх потік через контакт зростає. Зменшується ширина збідненої контактної області

,

що також приводить до зростання прямого струму. Закон його зміни також описується формулою (7.8), а вольт-амперна характеристика має вид рис.7.10. Але на відміну від діодів Шотткі, діоди на основі p-n-переходу мають значно більший коефіцієнт випрямлення ~10⁸÷10⁹.

Отже, p-n-переходи, як і діоди Шотткі, мають властивість добре пропускати струм в одному напрямку і погано в протилежному, тобто мають випрямляючу властивість. Але при певних умовах ця властивість може втрачатись. Відбувається пробій p-n-переходу із-за таких процесів (рис.7.10):

1 - тепловий пробій виникає при перегріванні контакту, коли тепло, яке виділяється в контакті, не повністю відводиться від нього. Температура переходу збільшується, зростає концентрація неосновних носіїв заряду за рахунок теплової генерації, зростає зворотній струм, що в свою чергу викликає подальше збільшення температури. Діод швидко виходить з ладу.

2 - лавинний пробій виникає при хорошому тепловідводі, але концентрація неосновних носіїв заряду, а значить і зворотній струм, зростають за рахунок процесу ударної іонізації. Наявні вільні носії заряду на довжині вільного пробігу в сильному електричному полі набувають енергію, достатню для іонізації атомів напівпровідника при зіткненні. Зрозуміло, що лавиноподібний процес буде мати місце тоді, коли при такому зіткненні буде генеруватись не один, а декілька носіїв заряду.

3 - тунельний пробійвиникає в тонких p-n-переходах, коли відбувається тунельний перехід неосновних носіїв заряду. На рис.7.11 показаний такий перехід електрона із валентної зони р-напівпровідника безпосередньо в зону провідності n-напівпровідника. Ймовірність такого тунелювання зростає при співпаданні положення відповідних енергетичних рівнів у зонах.

Різка залежність величини зворотного струму від напруги у передпробійній області використовується у напівпровідникових стабілітронах для стабілізації напруги. На цій дільниці вольт-амперної характеристики при зміні струму напруга майже не змінюється.