Пробій p-n переходу
|
При занадто великій напрузі, прикладеній до закритого p-n переходу, останній може пробитися, як і звичайний конденсатор. Це відбувається тоді, коли екстрагований неосновний носій (наприклад, електрон) при проходженні через збіднений шар прискориться на довжині вільного пробігу аж до енергії активації даного напівпровідника. Тоді цей прискорений носій при зіткненні з атомом кристалічної гратки може вибити з нього новий електрон, який також прискорюється і стає спроможним вибивати нові електрони. Таким чином, один первинний електрон здатний викликати цілу лавину нових електронів і в результаті струм через перехід різко зростає. Таке явище має назву лавинного пробою р-n переходу і починається коли напруга на переході досягає значення, яке називається пробійним. При пробої на вольтамперній характеристиці з’являється ділянка різкого зростання струму (рис.1.7, ділянка “аb”).
Іншою причиною подібного різкого зростання струму може бути локальне перегрівання в якійсь точці збідненого шару. Зі зростанням температури в цьому місці збільшується провідність, зростає густина струму, наслідком чого є ще більше перегрівання та підвищення температури. Таки й пробій носить назву теплового. Вольтамперна характеристика для теплового пробою має вигляд подібний до кривої ab’.
Нарешті, при дуже великих напруженостях поля порядку 106-107 В/см електрони можуть бути вирвані з їх ковалентних зв’язків в результаті квантово-механічного тунельного ефекту. Такий вид пробою називається тунельним. Він спостерігається у напівпровідниках з високим ступенем легування, де збіднений основними носіями шар дуже тонкий.
В нашій уяві слово “пробій” звичайно асоціюється з руйнуванням електротехнічного приладу. Але у p-n переходах, якщо не має місце надто великого зростання струму, пробій не є причиною необоротних змін і виявляється для переходу цілком нешкідливим. На використанні ефекту пробою p-n переходу грунтується робота цілого ряду напівпровідникових приладів.
Контрольні питання до розділу
"Фізичні явища в напівпровідниках"
І. Які напівпровідникові матеріали використовують для виготовлення напівпровідникових електронних приладів?
2. Чому при однаковій температурі концентрація електронів та дірок у ідеально чистому кремнію меншаніж у такому ж чистому германію?
3. Що таке домішковий напівпровідник, напівпровідник 
-типу, 
-типу?
4. Яка електропровідність залежить від температури сильніше - власна чи домішкова?
5. Яким домішком буде алюміній для кремнію - донорним чи акцепторним? Поясніть чому.
6. Що називають основними та неосновними носіями зарядів в напівпровіднику? Як пов’язані між собою їх рівноважні концентрації?
7. Як залежить час життя неосновних носіїв зарядів від концентрації основних носіїв?
8. Чи існує збіднений шар на границі 
переходу, якщо до нього не прикладена зовні напруга?
9. Що таке інжекція та екстракція неосновних носіїв заряду?
10. Що таке зворотний струм переходу, чим він обумовлений та як він залежить від температури?
11. В чому різниця між омічним та диференційним опорами відкритого переходу? Який з них більше?
12. Що таке бар’єрна ємність переходу? Як вона залежить від знаку та величини прикладеної напруги?
ІЗ. Яка наступна доля неосновних носіїв, інжектованих у базу переходу?
14. Чим можна пояснити великий викид зворотного стругу в перші моменти після переходу прикладеної напруги відкритої полярності до запірної? Чим визначається тривалість цього викиду?
15. Як пов'язана дифузійна ємність з тривалістю життя неосновних носіїв?
16. Що таке пробій переходу? Вкажіть фізичні процеси, які можуть обумовити цей пробій.
Задачі до розділу.
І. На скільки градусів повинна підвищитись температура, щоб концентрація електронів у чистому кремнію зросла вдвічі? Вихідною температурою вважати 300 К?
Вказівка: шуканий приріст температури можна вважати малим порівняно з вихідною температурою.
2. У кремній введено дірковий (акцепторний) домішок у кількості 10-5%. Якою буде концентрація дірок? Питома вага кремнію 2,5 г/см3 атомна вага 2,8І ?
Вказівка: можна вважати, що концентрація дірок, які утворилися, дорівнює концентрації атомів-акцепторів.
3. Якою буде рівноважна концентрація дірок у -легованому германії при температурі 300 К, якщо концентрація донорних атомів становить 10 16 см-3?
4. Концентрація неосновних носіїв у германію становить 2.108 см -3, середня швидкість їх теплового хаотичного руху 107 см/с . Якою буде обумовлена ними густина зворотного струму через перехід?
5. Зворотний струм переходу при температурі 300 К дорівнює 5 мкА. Чому дорівнюють омічний та диференціальний опори цього ж переходу у відкритому стані, якщо прикладено напругу +0,3 В?
6. Через відкритий перехід протікає струм 0,5 мА. Час рекомбінації неосновних носіїв І мкс. Чому дорівнює дифузійна ємність переходу?
7. На яку середню глибину проникають неосновні носії (дірки) у базу кремнійового переходу? Коефіцієнт дифузії дірок у кремнію ІЗ см2 с-1, середній час життя - 10 мкс
Вказівка: скористайтеся виразом для середньої довжини дифузії 
.
[1].У сучасних приладах германій використовується зрідка; все більшого застосування знаходять сполуки галію типу А3 В5 , наприклад арсенід галію.
[2] Тобто ширина забороненої зони.
Дата добавления: 2016-04-19; просмотров: 1366;