ВАХ с учетом тепловыдепения в p-n-переходе

Тепловой пробой перехода (рис. 3.15) — это пробой, развитие которого обусловлено выделением в выпрямляющем электрическом переходе тепла вследствие прохождения тока через переход, он может иметь место при значительно более низких напряженностях электрического поля чем туннельный и лавинный пробой

При подаче обратного напряжения практически все оно падает на р-n-переходе, через который идет, хотя и небольшой, обратный ток. Выделяющаяся на р-n-переходе мощность

(3.33)

вызывает разогрев р-n-перехода и прилегающих к нему областей полупроводника.

Отводимая от р-n-перехода мощность в результате теплопроводности и дальнейшего рассеяния тепла в окружающую среду пропорциональна перегреву р-n-перехода (Т — Т_окр) и обратно пропорциональна тепловому сопротивлению конструкции полупроводникового прибора R_Т:

(3.34)

Таким образом, тепловое сопротивление полупроводникового прибора между p-n-переходом и окружающей средой определяется мощностью, отводимой от перехода в окружающую среду при разности температур между ними в один градус.

Через некоторое время после подачи на полупроводниковый прибор обратного напряжения устанавливается тепловое равновесие между выделяемым и отводимым теплом. При этом Р_выд = Р_отв или

(3.35)

С учетом зависимости обратного тока от температуры и других факторов получено соотношение, описывающее связь обратного напряжения на диоде с температурой р-n-перехода.

(3.36)

Общий вид такой кривой показан на рис. 3.20. Кривая идет не из начала координат, так как обратный ток был принят равным току насыщения, т. е. нас не интересовала начальная часть характеристики.

Рис. 3.20. Вольт-амперная характеристика р-n-перехода с учетом тепловыделения в переходе при разных температурах окружающей среды

На кривой могут быть два экстремума — максимум и минимум напряжения. Между этими экстремумами находится участок вольт-амперной характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Возможность существования отрицательного дифференциального сопротивления объясняется тем, что с увеличением выделяемой мощности растет температура, а, следовательно, увеличиваются ток и выделяемая мощность.

Таким образом, в p-n-переходе возникает внутренняя положительная обратная связь, которая и может привести к появлению теплового пробоя и отрицательного дифференциального сопротивления.