Поверхностный пробой

Последний вид пробоя p-n-переходов — поверхностный пробой — является наименее изученным. Явление поверхностного пробоя заключается в следующем. Поверхностный заряд, имеющийся практически всегда на поверхности полупроводника в месте выхода p-n- перехода на поверхность, может в сильной степени искажать картину поля в переходе, повышая или понижая напряженность поля в переходе. Это приводит к увеличению или уменьшению ширины перехода в области выхода перехода на поверхность полупроводника. Большое значение имеют при этом также диэлектрические свойства среды, граничащей с поверхностью полупроводника. Такой средой могут являться, в первую очередь, защитные покрытия, наносимые на полупроводниковый прибор для предохранения его от действия влаги и загрязнений. Ширина перехода будет определяться в основном той областью полупроводника, которая имеет большее удельное сопротивление.

Расчеты и эксперимент показывают, что если знак поверхностного заряда совпадает со знаком основных носителей в более высокоомной области полупроводника, то напряженность поля в переходе у поверхности будет ниже, чем в объеме. Ширина перехода у поверхности в этом случае будет больше. Вероятность пробоя на поверхности будет ниже, чем вероятность пробоя в объеме. Механизм пробоя на поверхности так же, как и для пробоя в объеме, может быть туннельным или лавинным.

Если знак поверхностного заряда противоположен знаку основных носителей в высокоомной области, то напряженность поля у поверхности будет выше, переход у поверхности будет уже и пробой на поверхности произойдет при меньшем напряжении, чем это должно было бы иметь место для данного перехода, исходя из его объемных свойств. Уменьшение диэлектрической проницаемости среды у поверхности полупроводника усиливает этот эффект.

Расчеты показывают, что для германия (ε = 16) в воздухе (ε ≈ 1) в зависимости от плотности поверхностного заряда можно получить значение напряжения поверхностного пробоя в 5 (и более) раз меньшее, чем для объемного пробоя. Для уменьшения возможности поверхностного пробоя выгодно иметь защитные покрытия с высоким значением диэлектрической проницаемости.