Пробой p-n перехода

Пробой p-n перехода

Увеличение обратного напряжения может привести к пробою ЭДП, проявляющемуся в резком увеличении обратного тока. В зависимости от физических явлений, приводящих к пробою, различают два вида пробоя: электрический и тепловой. Электрический пробой может иметь лавинный или туннельный характер. Оба являются обратимыми. Электрический пробой не приводит к разрушению перехода, и если за ним не последует теплового пробоя, свойства p-n-перехода после снятия обратного напряжения восстанавливаются.

Лавинный пробой

Вызывается при большой напряжённости электрического поля, созданного обратным напряжением. Скорость движения неосновных носителей, движущихся через ЭДП, достигает при этом такого значения, что при соударении с атомами в зоне ЭДП происходит их ионизация (выбивание электронов). Образовавшиеся носители заряда также обретают большую скорость и выбивают последующие электроны. Обратное напряжение остаётся неизменным, а обратный ток – растёт. Он характерен для достаточно толстых р-n-переходов.

Туннельный пробой

Туннельный пробой своим происхождением обязан так называемому туннельному эффекту. Возникает этот эффект благодаря непосредственному воздействию сильного электрического поля на атомы кристаллической решетки полупроводника в р-n-переходе. Под действием этого поля происходит разрыв валентной связи и электрон становится свободным носителем, переходя в межузельное пространство и оставляя на своем месте дырку. Электроны из валентной зоны p-полупроводника переходят, не изменяя свою энергию, в зону проводимости полупроводника n-типа, пересекая запрещенную зону р-n-перехода. Необходимым условием реализации туннельного перехода является незанятость в зоне проводимости n-полупроводника энергетического уровня, соответствующего энергии переходящего из р-области электрона. Туннельный пробой наблюдается в тонких р-n-переходах.

Так как свойства p-n-перехода после электрического пробоя (лавинного или туннельного) восстанавливаются при выключении обратного напряжения смещения, то в технике во многих случаях p-n-переход используется именно в режиме пробоя (полупроводниковые стабилитроны, туннельные обращенные диоды и пр.).

Тепловой пробой

Если количество тепла, выделяющегося в р-n-переходе, превышает количество тепла, отводимого от него, то разогрев перехода  приводит к увеличению силы тока, текущего через переход, что в свою очередь ведет к дальнейшему повышению температуры и т. д. В итоге такого лавинообразно развивающегося перегрева сила тока продолжает возрастать, наступает разрушение материала полупроводника. Поэтому обычно в цепь р-n-перехода последовательно включают ограничительный резистор, сопротивление которого подбирается так, чтобы сила тока не превосходила допустимого значения.