При прямом смещении перехода преобладающее значение имеет диффузионная емкость перехода, а при обратных - барьерная. На низких частотах диффузионная емкость может достигать тысяч ликофарад и превыщать барьерную" а на высоких - оказаться меньше барьерной из-за инерционности процесса накопления зарядов в областях.

§ 3.6. Пробой электронно-дырочного перехода

Пробой электронно-дырочного перехода -это явление резкого увеличения обратного тока через переход при достижении обратным напряжением критического значения. При пробое нарушается свойство односторонней проводимости р-п-перехода. В зависимости от физических явлений, приводящих к пробою, различают лавинный, туннельный и тепловой пробой.

Лавинный пробой возникает под действием сильного электрического поля в обратносмещенном переходе. При некотором обратном напряжении, близком к критическому, неосновные носители ускоряются полем перехода и приобретают энергию, достаточную для возбуждения и ударной ионизации в переходе атомов слаболегированного полупроводника. Процесс ионизации сопровождается разрывом валентных связей и образованием новых свободных пар электрон-дырка. В результате ударной ионизации этот процесс может многократно повториться под действием новых свободных носителей заряда, Б результате чего образование новых пар приобретает лавинный характер, перерастая в пробой р-п-перехода.

Лавинный способ характеризуется быстрым ростом обратного тока (рис. 3.10, кривая 1) при практически неизменном (критическом) обратном напряжении. Достаточную для ударной ионизации энергию носители могут получить в структурах с большим временем дрейфа, т. е. с большой шириной перехода, изготовленных из материала с высоким удельным сопротивлением р базы. Напряжение лавинного пробоя

Спрб.л=«р? (3.29)

пропорционально удельному сопротивлению базы рб, а также зависит от физических свойств исходного материала (параметров лавинного пробоя а и т). Как следует из выражения (3.29) и табл. 3.1, напряжение электрического пробоя р-п-перехода с базой л-типа выше, чем с базой р-типа, что объясняется различием подвижности носителей и степени очистки исходного материала.

Туннельный пробой является разновидностью электрического пробоя. Он возникает в р-п-переходе с высоколегированными обла- ри. зло. Пробой р-п-стями с малым удельным сопротивлением перехода

базы. При высокой концентрации легирующих примесей наступает перекрытие энергетических зон областей эмиттера и базы, сужается ширина-перехода (до 0,01 мкм), что обусловливает высокую (около 10-10 В/см) напряженность электрического поля внутри перехода.

В условиях перекрытия зон при высокой напряженности поля возможен туннельный эффект движения носителей через переход с энергией, меньшей высоты потенциального барьера перехода, Внешним признаком начала туннельного пробоя является десятикратное увеличение обратного тока по сравнению с тепловым током (/обр=10/о)- В германии туннельный пробой возникает при напряженности поля около 2-10 В/см, а в кремнии - при 4-10 В/см,

Напряжение туннельного пробоя пропорционально удельному сопротивлению рб базы. В высоколегированных полупроводника.х: с малым Рб туннельный пробой развивается при напряжении, меньшем напряжения лавинного пробоя, а в полупроводниках с большим Рб напряжение туннельного пробоя может превысить потенциал лавинного пробоя. Напряженность же электрического поля при туннельном пробое выше напряженности поля лавинного пробоя, В связи с этим для изготовления высоковольтных приборов предпочтительны материалы с высоким р. На рис. 3.10 (кривая 2} приведена характеристика обратного тока при туннельном пробое.

Тепловой пробой р-п-перехода возникает в результате нарушения равновесия между рассеиваемой теплотой и теплотой, выделяемой в переходе при протекании обратного тока. Сопротивление запирающего слоя р-п-перехода значительно превышает сопротивление р- и п-областей полупроводника. Поэтому на переходе падает основная часть обратного напряжения и выделяется основная мощность, преобразуемая в теплоту. За счет нагрева электроны валентной зоны переходят в зону проводимости, увеличивая обратный ток и выделяющуюся теплоту. Такая взаимосвязь приводит к лавинному нарастанию обратного тока, т. е. к пробою перехода (кривая 3 на рис. 3.10).

Пробивное напряжение при тепловом пробое

f/„p6.T = 3,(<P3/cV?T„c) (3-30)

с)П1}еделяется значением ширины запрещенной зоны фз основного полупроводника, тепловым током /о при Г=300К и общим тепловым сопротивлением

•?1пс = (7п-7с)/Рп (3.31)

между переходом и окружающей средой, зависящими от температурного перепада между переходом и окружающей средой Гп - Гс и от средней мощности Рп,.выделяемой в переходе.

Пробивное напряжение при тепловом механизме пробоя уменьшается с ростом температуры окружающей среды и ухудшением условий теплоотвода. Чем меньше обратный ток в переходе, тем выше пробивное напряжение. Например, кремниевые переходы имеют очень малые тепловые токи, поэтому тепловой пробой у них маловероятен.

Глава 4 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ диоды

§ 4.1. Структура, классификация и обозначение диодов

Полупроводниковыми диодами называют одноперсходные (с одним электрическим переходом) электропреобразовательные приборы с двумя внешними токоотводами. В качестве электрического перехода может служить электронно-дырочный переход, контакт металл - полупроводник или гетеропереход. На рис. 4.1 схематически показано устройство диода с электронно-дырочным переходом /, разделяющим р-ш п-области {2 иЗ) с различным типом электропроводимости. Кристалл 3 снабжают внешними токоотводами 4 и помещают в металлический, стеклянный, керамический или пластмассовый корпус 5, защищающий полупроводник от внешних воздействий (атмосферных, механических и т. д.).

Обычно полупроводниковые диоды имеют несимметричные электронно-дырочные переходы. Одна область полупроводника (с более высокой концентрацией примесей) служит эмиттером, а другая (с более низкой концентрацией)-базой. При прямом подключении внешнего напряжения к диоду инжекция неосновных носителей заряда в основном происходит из сильнолегированной области эмиттера в слаболегированную об--ласть базы. Количество неосновных носите-

Рис. 4.1. Устройство плоскостного диода