Видов пробоя
1 – тепловой пробой;
2 – лавинный пробой;
3 – туннельный пробой.
Тепловой пробой(1) вызван тем, что обратный ток Iобр= – I0 зависит от температуры и возникает в результате разогрева p-n перехода, когда количество теплоты, выделяемой в p-n переходе, становится больше, чем он может отвести(рассеять), т.е. когда Uобр→Uпрб;
Pтепл.1= Uпрб.1•I прб.1>Рдоп. – начинается разогрев перехода.
При разогреве p-n перехода происходит интенсивная генерация электронно-дырочных пар и увеличение обратного тока через переход. Это, в свою очередь, приводит к дальнейшему увеличению температуры и обратного тока. В результате ток через переход нарастает лавинообразно и наступает разрушение p-n перехода.
Разрушение p-n перехода при Uпрб1 (кривая1) завершается в итоге с равной вероятностью: или обрывом между омическими выводами перехода(1'); или коротким замыканием между этими выводами (сварка выводов) (1'').
Лавинный пробой(2) вызывается ударной ионизацией, которая происходит при достаточно высокой напряжённости электрического поля (для Si – 3•107В/м).
Неосновные носители заряда, проходя через p-n переход, ускоряются настолько, что при соударении с атомами в зоне p-n перехода ионизируют их. При этом происходит разрыв ковалентных связей и генерация электронно-дырочных пар. Вновь появившиеся пары носителей заряда ускоряются электрическим полем и, в свою очередь, могут порождать новые пары на протяжении всего пути в данной области. Такой процесс обладает кумулятивными свойствами и приводит к лавинообразному размножению зарядов, за счёт чего при Uпрб2 происходит аномальный рост обратного тока при небольшом приращении обратного напряжения.
Лавинный пробой возникает в высокоомных полупроводниках (слаболегированных), имеющих достаточно большую ширину p-n перехода.
Напряжение лавинного пробоя растёт с увеличением температуры из-за сокращения длины свободного пробега носителей заряда (повышение температуры уменьшает лавинное размножение носителей заряда).
Рост обратного тока Iобр определяется по эмпирической формуле:
;
где ∝ - величина, определяемая экспериментально и зависящая от степени легирования p- и n- областей.
При Uобр = Uпрб ток Iобр обращается в бесконечность, поэтому на практике необходимо его ограничивать сопротивлением внешних цепей. При |Uпрб| > 8В p-n переходы имеют преимущественно лавинный пробой.
Тунельный пробой (Эффект Зенера) возможен в так называемых вырожденных полупроводниках или полуметаллах, когда концентрация основных носителей достигает 1021/см3.
В таких полупроводниках уровень Ферми располагается в зоне проводимости или валентной зоне, а ширина p-n перехода достаточно мала.
В этих условиях возможно “просачивание” электронов через потенциальный барьер, высота которого больше, чем энергия носителей заряда. Напряжённость электрического поля внутри перехода оказывается весьма высокой (больше 107В/м), поэтому электроны, в силу своих квантовомеханических свойств, приобретают способность туннелировать через потенциальный барьер без затраты энергии. Напряжение туннельного пробоя снижается с повышением температуры, т.к. рост температуры уменьшает ширину запрещённой зоны. При | Uпрб| < 5В p-n переходы имеют туннельный пробой. При 5В < |Uпрб| < 8В p-n переходы имеют смешанный пробой.
