Лекции.Орг

 

Категории:


Экологические группы птиц Астраханской области: Птицы приспособлены к различным условиям обитания, на чем и основана их экологическая классификация...


Экологические группы птиц Астраханской области: Птицы приспособлены к различным условиям обитания, на чем и основана их экологическая классификация...


Экологические группы птиц Астраханской области: Птицы приспособлены к различным условиям обитания, на чем и основана их экологическая классификация...

Тепловой пробой p-n перехода



Тепловой пробой характерен для широких p-n переходов, у которых база слабо легирована примесями. Данный тип пробоя обусловлен разогревом p-n перехода при протекании через него обратного тока. В режиме постоянного тока мощность, выделяемая в p-n переходе, определяется соотношением

PВЫД = IОБР UОБР.

Отводимая от p-n перехода мощность в результате теплопроводности и дальнейшего рассеяния теплоты в окружающую среду пропорциональна перегреву p-n перехода ПОКР) и обратно пропорциональна тепловому сопротивлению конструкции диода RТ:

РОТВ = .

Тепловое сопротивление диода RТ выражается в градусах на ватт и определяет перепад температуры, необходимый для отвода 1 Вт мощности от p-n перехода в окружающую среду. Тепловое сопротивление тем меньше, чем больше теплопроводность материала КТ , площадь ПТ и чем меньше толщина слоя dТ, проводящего тепло:

.

Коэффициент теплопроводности КТ у германия равен 0,52Вт/(см×°С),
т.е. примерно в 7 раз меньше, чем у меди, отличающейся хорошей теплопроводностью. У кремния теплопроводность лучше:

КТ=2,19 Вт/(см×°С).

В установившемся режиме мощность, выделяющаяся на p-n переходе, и мощность, отводимая от него, должны быть равны:

РВЫД = РОТВ.

Если количество тепла, выделяемого на p-n переходе, превышает количество тепла, отводимого от p-n перехода, то температура перехода начинает расти. Соответственно растет обратный ток, увеличение которого определяется тепловой генерацией электронно-дырочных пар атомами полупроводников в областях, прилегающих к p-n переходу, на расстоянии длины диффузии, как указано на рис.23. Это приводит к дальнейшему росту РВЫД и температуры перехода ТП; тепловой режим перехода теряет устойчивость, температура и ток перехода неограниченно растут, возникает тепловой пробой.

 

 
 

Рис.23

На рис.23 обозначено:

S×Ln - объем диффузии неосновных носителей - электронов в полупроводнике p-типа, где S - площадь полупроводника, прилегающая к p-n переходу, Ln - длина диффузии электронов - неосновных носителей заряда полупроводника p-типа;

S×LР - объем диффузии неосновных носителей заряда -дырок в полупроводнике n-типа, где LР - длина диффузии дырок.

Вид обратной ветви вольтамперной характеристики (ВАХ) p-n перехода с тепловым пробоем представлен на рис. 24.

 

 
 

Рис.24

 

В точке А обратное напряжение на p-n переходе достигает значения напряжения теплового пробоя UПР1, при котором начинается быстрый рост IОБР. ВАХ p-n перехода с тепловым пробоем имеет участок АВ, на котором дифференциальное сопротивление отрицательно:

rДИФ = dUОБР/dIОБР < 0,

так как концентрация носителей заряда резко увеличивается и электрическое сопротивление перехода уменьшается относительно быстрее, чем растет ток перехода.

Зависимость 1 рис.24 приведена для температуры окружающей среды T1=+20°С, тепловой пробой наступает при напряжении, равном UПРОБ1. Если температура окружающей среды возрастет до значения T2=+40°C, то обратная ветвь ВАХ p-n перехода принимает вид зависимости 2 рис.24. Известно, что с увеличением температуры тепловой ток возрастает экспоненциально (т.к. резко возрастает количество неосновных носителей заряда):

I0 = B×S×exp[-DWз /kT],

где – Т – температура;

S – площадь p-n перехода;

DWз – ширина запрещенной зоны полупроводника;

k = 1,38×10-23 Дж/°С – постоянная Больцмана;

В – коэффициент, зависящий от типа полупроводника и p-n перехода.

Поэтому при T = T2 тепловой пробой наступает раньше - при меньшем напряжении пробоя, равном UПРОБ2. Пробивное напряжение уменьшается, во-первых, в связи с увеличением выделяющейся мощности при тех же обратных напряжениях и, во-вторых, из-за ухудшения теплоотвода от p-n перехода. Это означает, что температурный коэффициент напряжения для теплового пробоя имеет отрицательное значение:

ТКНТЕПЛ = DUПРОБ/DТ < 0,

где DUПРОБ = UПРОБ2 – UПРОБ1 - изменение напряжения пробоя при изменении температуры на величину DТ = Т2 – Т1 при фиксированном значении обратного тока.

Тепловой пробой - необратимый пробой, поскольку может привести к плавлению полупроводникового материала. Так как пробивное напряжение при тепловом пробое зависит от обратного тока через p-n переход, то в диодах с большими обратными токами даже при комнатных температурах создаются условия для теплового пробоя и он наступает раньше, чем лавинный пробой. Это справедливо для германиевых полупроводниковых диодов и мощных транзисторов. И наоборот, в кремниевых диодах из-за значительно меньших обратных токов напряжение теплового пробоя получается настолько большим, что раньше наступает лавинный пробой. Однако это не означает, что в кремниевых диодах не может быть теплового пробоя. Он может происходить при высоких температурах окружающей среды. Кроме того, пробой может начаться как лавинный, а затем, по мере увеличения обратного тока, перейти в тепловой пробой.

В связи с тем, что напряжение пробоя уменьшается с увеличением теплового сопротивления, следует обратить особое внимание на совершенство конструкции диода. Тепловой пробой наблюдается и тогда, когда имеет место плохой отвод тепла от корпуса полупроводникового прибора.

 

 





Дата добавления: 2015-05-08; просмотров: 445 | Нарушение авторских прав


Похожая информация:

  1. Аналитические пробы. Аналитической пробой называют часть анализируемой средней пробы, частично отражающей качество сырья предложенной партии
  2. Билет №3. Б3-1 Рыночные каналы реализации продукции АПКВ усл-х перехода к рын
  3. Важность перехода ко сну
  4. ВВЕДЕНИЕ. В эпоху перехода от феодализма к капитализму
  5. ВЕРОЯТНОСТИ ПЕРЕХОДА ЗА НЕСКОЛЬКО ШАГОВ
  6. Вольтамперная характеристика идеального p-n перехода
  7. Вопрос 30. Напишите уравнение Рэлея. Какие свойства жидкости (в нашем случае, астеносферы) способствуют лучшему протеканию тепловой конвекции?
  8. Вопрос 40. Философия Людвига Фейербаха -завершение периода немецкой классической философии, начало перехода к материализму
  9. Вторым законом диалектики является закон перехода коли­чественных изменений в качественные
  10. Завершающие шаги к посвящению для перехода в пятое измерение
  11. И ПЕРЕХОДА ЕГО ИЗ КРОВИ В ТКАНИ. ГИПЕРЛИПЕМИИ
  12. Имеет ли налогоплательщик право на вычет НДС по товарам, приобретенным до перехода на УСН, но оплаченным после (п. 1 ст. 171 НК РФ)?


Поиск на сайте:


© 2015-2017 lektsii.org - Контакты

Ген: 0.005 с.