5. Емкости p-n перехода

Изменение внешнего напряжения dU на p-n переходе приводит к изменению накопленного в нем заряда dQ. По­этому p-n переход ведет себя подобно конденсатору, ем­кость которого С = dQ/ dU. В зависимости от физической природы изменяющегося заряда различают емкости барьерную (зарядную) и диффузионную. Барьерная (зарядная) емкость определяется измене­нием нескомпенсированного заряда ионов при изменении ширины запирающего слоя под воздействием внешнего обратного напряжения. Поэтому идеальный электронно-дырочный переход можно рассматривать как плоский конденсатор.

Барьерная емкость увеличивается с увеличением площади р-п перехода, а также с уменьшением обратного напряжения. Характер зависимости С_БАР = f(U_ОБР) показан на рисунке. Барьерная емкость используется для создания спец.приборов – варикапов, которые используются как конденсаторы переменной емкости для настройки колебательных контуров.

Рассмотрим диффузионную емкость. При увеличении внешнего напряжения, приложенного к p-n переходу в прямом направлении, растет концентрация инжектирован­ных носителей вблизи границ перехода, что приводит к изменению количества заря­да, обусловленного неосновны­ми носителями в p- и n-областях. Это можно рассмат­ривать как проявление неко­торой емкости. Поскольку она зависит от изменения диффузионной составляю­щей тока, ее называют диф­фузионной. Диффузионная емкость представляет собой отношение приращения инжекционного заряда dQ_инж к вызвавшему его изменению напряжения dU_пр, т. е.. Диффузионная емкость больше барьерной, однако, положительных ее свойств использовать не удается, т.к. она шунтирована открытым р-п-переходом.

Полная же емкость p-n перехода определяется сум­мой зарядной и диффузи­онной емкостей. При включении p-n перехода в прямом направ­лении преобладает диффу­зионная емкость, а при включении в обратном на­правлении – зарядная.

6. Виды пробоя р-п-перехода.

Лавинный пробой возникает в широких р-п-переходах, которые слаболегированы. Такой пробой обусловлен лавинным размножением носителей зарядов в р-п-переходе в результате ударной ионизации. Неосновные носители зарядов, поступающие в р-п-переход, ускоряются эл. полем, приобретая большую энергию, сталкиваясь с атомами кристаллической решетки, они вырывают один или несколько дополнительных электронов, которые вновь ускоряются полем, т.о. носители заряда лавинно размножаются, и при практически постоянном напряжении ток через р-п-переход возрастает.

Туннельный пробой возникает в узких р-п-переход ах в сильнолегированных структурах п/проводника. В основе тоннельного пробоя лежит непосредственный отрыв валентных электронов от атомов кристаллической решетки под действием сильного электрического поля. При приложении достаточно большого обратного напряжения энергетические зоны перехода искривляются на столько, что энергетический уровень валентной зоны становится выше уровня проводимости. В результате возможен переход носителей заряда из одной области в другую, практически без потребления энергии. Резко увеличивается обратный ток.

Электрические пробои обратимы, если снять внешнее напряжение, то запирающие свойства у вновь включенного диода возобновляются.

Тепловой пробой – возникает при обратном включении р-п-перехода при нарушении теплового баланса, т.е в том случае, когда приток тепла за счёт прохождения тока превышает его отвод, при этом повышается температура, следовательно увеличивается обратный ток, что приводит также к повышению температуры. То есть пробой возникает в результате интенсивной термогенерации носителей зарядов при недопустимом увеличении температуры. Процесс протекает лавинообразно (и чаще из-за неоднородности структуры он локален) и приводит к разрушению р-п-структуры.