Лавинный пробой p-n перехода

При некотором достаточно большом обратном напряжении ток через p-n переход резко возрастает при практически неизменном напряжении.

Резкое увеличение дифференциальной проводимости p-n перехода при достижении обратным напряжением критического значения называется пробоем p-n перехода.

Различают три основных механизма пробоя: связанный с лавинным размножением носителей заряда в запирающем слое - лавинный пробой, обусловленный туннельным эффектом - туннельный пробой и определяемый выделением тепловой энергии, приводящим к саморазогреву p-n перехода,- тепловой пробой. Лавинный и туннельный пробой относятся к электрическому пробою.

Лавинное размножение носителей заряда при обратном напряжении на p-n переходе происходит в результате ударной ионизации атомов полупроводника. Максимальное значение напряженности электрического поля в запирающем слое резкого перехода связано с обратным напряжением Uобр соотношением:

(5.1)

Свободные носители заряда - электроны и дырки, - разгоняясь в этом поле, могут набрать энергию достаточную для ударной ионизации полупроводника-разрыва валентных связей. Энергия ионизации Ен превышает энергию ширины запрещенной зоны ∆Е. Для германия и кремния Ен=1.5∆Е. В результате разрыва валентной связи появляется пара свободных носителей заряда - электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Эти носители заряда могут набрать энергию большую Ен, что приводит к образованию еще двух электронно-дырочных пар. Обратный ток p-n перехода при этом лавинообразно возрастает. Процесс ударной ионизации характеризуется коэффициентом ионизации α(Е), который показывает, какое число электронно-дырочных пар возникает на одном сантиметре длины пути носителя заряда. Коэффициент экспоненциально возрастает с увеличением напряженности электрического поля Е. Средний путь lи, проходимый носителями заряда до ионизации, с ростом Е сильно уменьшается: lи=1/ α(Е)

При малых обратных напряжениях, когда lи больше ширины ОПЗ, вероятность ударной ионизации электронов и дырок невелика, так как лишь немногие носители заряда набирают энергию, достаточную для ионизации, в пределах ОПЗ. Большинство носителей пересекает запирающий слой, не вызывая ионизации полупроводника. С ростом напряженности поля величина α(Е) растет и lи уменьшается. Напряжение при котором происходит стремительное возрастание тока, называется напряжением лавинного пробоя Uпроб.

Можно принять, что лавинный пробой происходит, когда максимальная напряженность электрического поля достигает критического значения Екр. Из выражения 5.1 получим:

(5.2)

Для резкого несимметричного p-n перехода приведенная концентрация примеси в p-n переходе N* равна концентрации примеси в базе диода N. Следовательно, напряжение лавинного пробоя обратно пропорционально концентрации примеси в базе диода. Для увеличения напряжения пробоя уменьшают концентрацию легирующей примеси в базе диода.

Вывод

В данном курсовом проекте, было рассчитано схемную модель диода, для малых переменных сигналов, диффузионную (Сд ) и барьерную (Сб) емкости.

Барьерная ёмкость.

Любой p-n- переход содержит два слоя объёмных зарядов примесных ионов. При изменении напряжения происходит смещение объёмных зарядов, сужения или расширения в зависимости от напряжения. Барьерную ёмкость можно рассматривать, как ёмкость плоского конденсатора, обкладками которого служат слой положительных и отрицательных ионов запорного слоя. При этом, чем больше примесей в кристалле тем тоньше переход и больше ёмкость p-n- перехода.

Диффузионная ёмкость

При изменения напряжения на переходе изменяется не только объёмный заряд запорного слоя, но и концентрация неравновесных подвижных носителей в нейтральных приконтактных слоях. Диффузионной ёмкость называют отношение приращения объёмного заряда неравновесных носителей у границы перехода к изменению напряжения. Величина диффузионной ёмкости прямо пропорциональна току, протекающему через переход. Поэтому в области обратного смещения когда: I= Iобр»0, эта ёмкость мала по сравнению с барьерной ёмкостью. Поэтому в режиме прямого смещения Сп»Сдф, а при обратном смещении Сп»Сб.

Также в данной работе было рассмотрено структуру диода и краткое описание ее получения, исследовано зависимость (Сб) от Uобр. Было замечено, что при увеличении приложенного напряжения барьерная емкость уменьшается, зависимость численно показана в таблице 5.1,а графически на рисунке 5.1.

Прочтите также:

Моделирование интегрирующего гироскопа
Цель данной работы - математическое моделирование (с применением ЭВМ) свойств интегрирующего гироскопа (ИГ), а также краткое теоретическое описание его устройства, назначения, принци ...

Ультразвуковые приборы
Сегодня для диагностики травматических повреждений костно-мышечной системы в большинстве медицинских учреждений первым инструментальным методом диагностики является рентгеновское исследо ...

Цифровые интегральные микросхемы
Цифровые интегральные микросхемы ЦИМС предназначены для преобразования и обработки дискретных сигналов. Основой для их построения являются электронные ключи, обладающие тем свойством, ч ...

Основные разделы

Copyright © 2008 - 2020 www.techmatch.ru