2.4 Туннельный пробой

Пробой получил название за счёт туннелирования носителей заряда через запрещённую зону в диодах с небольшой толщиной p-n-перехода.

Явление перехода носителей через узкие потенциальные барьеры без потерь энергии называется туннельным эффектом.

Диоды с эффектами туннельных пробоев называются диодами Зеннера (стабилитронами).

1. Туннельный пробой возможен при пересечении зон, при резких p-n-переходах, имеющих малую толщину. Это сильнолегированные полупроводники.

2. При больших напряжённостях электрического поля.

Туннельный пробой происходит при U < 9 В.

При увеличении температуры уменьшается контактная разность потенциалов. Напряжение туннельного пробоя будет уменьшаться.

Туннельный пробой пропорционален концентрации неосновных носителей.

2.5 Лавинный пробой

Электрон влетает в зону p-n-перехода. Он может выбить узел кристаллической решётки и образовать два носителя: дырку и электрон и так далее.

С ростом температуры увеличиваются колебания кристаллической решётки. Значит, уменьшается длина свободного пробега. При том же напряжении электрон или дырка не смогут набрать энергию ионизации. С ростом лавинного пробоя напряжение увеличивается. I

Лавинный пробой происходит при U > 7 В.

Характеризуется более резким увеличением тока при увеличении температуры, чем туннельный пробой.

В промежуточной области температурная зависимость отсутствует (7-9 В). Происходят одновременно два пробоя: туннельный и лавинный.

2.6 Тепловой пробой

Возникает за счёт выделения в p-n-переходе тепла. Это приводит к увеличению температуры в p-n-переходе. В результате увеличивается обратный ток через диод. Это приводит к увеличению мощности, что в свою очередь влечёт за собой увеличение обратного тока.

Происходит лавинообразное увеличение обратного тока.

Мощность, выделяемая на диоде:

= . (2.5)

Часть мощности будет рассеиваться в окружающей среде:

=. (2.6)

В установившемся режиме мощность выделяемая и мощность отводимая будут равны межу собой.

=, (2.7)

= , (2.8)

где − ток при очень большой температуре прибора (p-n-перехода).

Тепловой пробой имеет такой вид:

В диодах, в которых обратные токи достаточно большие, тепловой пробой может наступить раньше, чем электрический.

В других приборах, в которых обратный ток достаточно мал, сначала происходит электрический пробой, который затем может перейти в тепловой.

В германиевых диодах тепловой пробой происходит раньше. В кремниевых же сначала происходит электрический пробой, а потом тепловой.

Тепловой пробой можно регулировать за счёт отвода тепла от прибора.

Тепловой пробой происходит не во всех областях p-n-перехода одновременно. Возникает т. н. шнур с более высокой температурой, нежели в других областях (высокопроводящий слой).

Толщина такого шнура составляет несколько микрометров.