Тепловой пробой p-n перехода

Тепловой пробой характерен для широких p-n переходов, у которых база слабо легирована примесями. Данный тип пробоя обусловлен разогревом p-n перехода при протекании через него обратного тока. В режиме постоянного тока мощность, выделяемая в p-n переходе, определяется соотношением:

P_ВЫД = I_ОБР U_ОБР.

Отводимая от p-n перехода мощность в результате теплопроводности и дальнейшего рассеяния теплоты в окружающую среду пропорциональна перегреву p-n перехода (Т_П-Т_ОКР) и обратно пропорционально тепловому сопротивлению конструкции диода R_Т:

Р_ОТВ = .

В установившемся режиме мощность, выделяющаяся на p-n переходе, и мощность, отводимая от него, должны быть равны:

Р_ВЫД = Р_ОТВ.

Если количество тепла, выделяемого на p-n переходе, превышает количество тепла, отводимого от p-n перехода, то температура перехода начинает расти и возникает тепловой пробой.

Вид обратной ветви вольтамперной характеристики (ВАХ) p-n перехода с тепловым пробоем представлен на рис.12.

В точке А обратное напряжение на p-n переходе достигает значения напряжения теплового пробоя U_ПР1, при котором начинается быстрый рост I_ОБР. ВАХ p-n перехода с тепловым пробоем имеет участок АВ, на котором дифференциальное сопротивление отрицательно:

r_ДИФ = dU_ОБР/dI_ОБР < 0,

так как концентрация носителей заряда резко увеличивается и электрическое сопротивление перехода уменьшается относительно быстрее, чем растет ток.

Рис.12. Обратная ветвь ВАХ p-n перехода с тепловым пробоем

Зависимость 1 рис.12 приведена для температуры окружающей среды T₁=+20°С, тепловой пробой наступает при напряжении равном U_ПРОБ1. Если температура окружающей среды возрастет до значения T₂=+40°C, то обратная ветвь ВАХ p-n перехода принимает вид зависимости 2 рис.12. Температурный коэффициент напряжения для теплового пробоя имеет отрицательное значение:

ТКН_ТЕПЛ = DU_ПРОБ/DТ < 0,

где DU_ПРОБ = U_ПРОБ2 – U_ПРОБ1 изменение напряжения пробоя при изменении температуры на величину DТ = Т₂ – Т₁.