4. Виды пробоев эдп

4.1. Зеннеровский пробой

Зеннеровский пробой (иногда в литературе встречается термин «пробой Зинера») возникает при высоких значениях напряженности электрического поля в ЭДП (Е_зен  710⁵ В/см) и сопровождается туннельным переходом валентных электронов в зону проводимости. Под действием поля электроны полупроводника могут вырываться из своих связей с атомами в кристаллической решетке, вследствие чего образуется большое число пар «электрон-дырка». При этом резко увеличивается число неосновных носителей электричества и возрастает создаваемый ими обратный ток через переход. Этот процесс аналогичен холодной эмиссии электронов из металла под действием сильного электрического поля. Характерен для приборов с узким p-n-переходом и высокой концентрацией примесей. Туннельный пробой обратим, если резкое нарастание обратного тока ограничивается внешней цепью.

4.2. Лавинный пробой

Лавинный пробой возникает при меньших напряженностях электрического поля (Е_лав < Е_зен) и является следствием ударной ионизации атомов полупроводника. При определенных значениях напряженности электрического поля энергия неосновных носителей электричества, движущихся через p-n- переход, оказывается достаточной для того, чтобы при столкновении их с атомами кристаллической решетки происходил разрыв валентных связей этих атомов со своими электронами. В результате ударной ионизации появляются новые свободные электроны и дырки, которые в свою очередь разгоняются полем и создают всевозрастающее число носителей электричества. Процесс ионизации повторяется, характеризуется лавинным размножением носителей и приводит к значительному возрастанию обратного тока через переход. Лавинный пробой происходит в приборах с широким ЭДП, при прохождении которого неосновные носители успевают приобрести достаточно высокую скорость. Пробой не приводит к разрушению полупроводниковой структуры, если обратный ток ограничен наличием внешней цепи.

4.3. Тепловой пробой

Тепловой пробой возникает при меньших напряженностях электрического поля (Е_тепл < Е_лав). Он обусловлен плохим отводом тепла от p-n-перехода, который может нагреться до такой температуры, при которой возможен разрыв валентных связей атомов кристаллической решетки со своими электронами за счет тепловой энергии. Это приводит к увеличению числа неосновных носителей, возрастанию обратного тока через переход и, как следствие, к еще большему нагреву и росту тока. Тепловой пробой возникает при значительных перегрузках. Однако при плохом отводе тепла он возникает даже при небольших токах и малых обратных напряжениях. Неоднородность структуры диода способствует возникновению теплового пробоя вследствие неравномерного распределения прямого тока по площади ЭДП.

4.4. Поверхностный пробой

Поверхностный пробой обусловлен наличием зарядов в зоне выхода p-n-перехода на поверхность. Эти заряды искажают поле у границы перехода, повышая или понижая напряженность поля, и, соответственно, изменяют ширину запорного слоя в зоне выхода перехода на поверхность полупроводника. У самой поверхности кристаллическая решетка обрывается, атомы, расположенные у поверхности, имеют незаполненные связи. Кроме того, имеются различные примесные атомы. Это приводит к окислению поверхности и образованию оксидной пленки, поглощающей из окружающей среды водяной пар и газы. На поверхности раздела между полупроводником и оксидным слоем молекулы воды диссоциируют, и пленка отдает или захватывает электроны. Изменение их числа в области, прилегающей к поверхности, вызывает образование слоя, знак проводимости которого противоположен знаку основных носителей зарядов в объеме полупроводника. Таким образом, между слоем и полупроводником возникает разность потенциалов. Для борьбы с этим снимается фаска под некоторым углом к плоскости структуры с p-n-переходом, поверхность диода очищают и наносят изолирующее покрытие из специального компаунда. Это покрытие выбирается так, чтобы знак поверхностных зарядов совпадал со знаком основных носителей зарядов высокоомной области полупроводника. Вследствие этого напряженность поля поверхности перехода будет ниже, чем в объеме.

Кроме того, для защиты от внешних воздействий диод помещают в герметизированный корпус, иногда заполняемый инертным газом.