Властивості реальних p–n–переходів

В ідеальному p-n-переході зворотний струм при невеликій зворотній напрузі практично досягає свого максимального значення і не залежить від прикладеної напруги. Для реальних p-n-переходів спостерігається сильне збільшення зворотного струму при збільшенні прикладеної напруги.

Це залежить від наступних факторів:

при проходженні зворотного струму на p-n-переході втрачається потужність, яка перетворюється у теплову енергію,

при цьому збільшується температура p-n-переходу, а, відповідно, збільшується генерація пар носіїв заряду.

при збільшенні напруги, прикладеної до p-n-переходу, відбувається створення канальних струмів і струмів витоку. Канальні струми обумовлені наявністю поверхневих енергетичних зон, які приводять до появи інверсних шарів поблизу поверхні напівпровідника; скривлені зони поблизу поверхні називаються каналами, а струми, створені за рахунок цих каналів, - канальними.

У реальному напівпровідниковому переході існує ємність p-n-переходу, вона обумовлена наявністю позитивних і негативних іонів на межі контакту.

Існує дві ємності:

бар’єрна, яка обумовлена перерозподілом зарядів в p–n–переході.

дифузійна, обумовлена перерозподілом заряду поблизу p–n–переходу.

При прямому включені переходу в основному проявляється дифузійна ємність, при зворотному – бар’єрна. Основне значення для p–n–переходу, що характеризує властивість p–n–переходу являється бар’єрна ємність. Якщо до p-n-переходу не прикладена напруга, то ємність буде С₀ , яка залежить від параметрів переходу, а при прикладній напрузі буде рівна С_бар

В залежності від технологічного отримання p-n-переходу, вони діляться на 2 групи: сплавні і дифузійні.

В залежності від характерних параметрів: точкові переходи і площинні переходи. Характерними параметрами в цьому випадку являються площа і довжина p-n-переходу.

 

Пробій p-n-переходів

В p-n-переходах існує три основних типи пробоїв рис.6.

 

Тунельний пробій p-n-переходу.

Спостерігається у напівпровідникових p-n-переходів, створених із матеріалів з малою забороненою зоною і підвищеною концентрацією домішок. Тунельний пробій використовується в низьковольтних стабілітронах, при цьому пробої падіння напруги на ньому практично залишається постійним при зміні струму

.

Лавинний пробій.

Відбувається в переходах створених із напівпровідників з низькою концентрацією домішок і високою забороненою зоною (кремній, арсенід галію) за рахунок широкого p-n-переходу, який буде значно більше дифузійної довжини. Електрони, рухаючись з великою швидкістю ударяють зустрічний атом, вибивають вільний електрон, і починається лавинний процес створення додаткових носіїв заряду. Зовнішній струм буде при цьому пробої обмежуватися опором навантаження. Падіння напруги на p-n-переході практично залишається постійним при змінах струму в колі. При відключенні зовнішньої напруги властивості p-n-переходу при тунельному і лавинному пробоях відновлюються, якщо був обмежений стум в колі зовнішнім опором.

 

 

 

Рисунок 6 Електричні процеси в р-n – переході при підключеній

зовнішній напрузі в зворотному напрямі та пробої

 

Тепловий пробій.

На любому переході, якщо кількість тепла, яка відводиться від p-n-переходу менше кількості тепла, що виділяється, температура підвищується, збільшується кількість носіїв заряду (термічної генерації); і наступає незворотний процес (вигорання, сплавлення) переходу і прилад виходить з ладу.

 

Діоди

 

Діод – це прилад, який має один випрямляючий перехід і два омічних виводи.

В залежності від технології виготовлення діоди поділяються на сплавні, точкові, епітаксиальні, діоди з дифузійною базою та інші.

За функціями призначення діоди поділяються на випрямляючі, універсальні, імпульсні, перемикаючі, детекторні, стабілітрони, тунельні діоди Ганна та інші.

За частотними властивостями діоди діляться на:

Низькочастотні (до 100-150 кГц)

Середньо частотні (до 1-2 мГц)

Високочастотні (більш ніж 1 мГц)

Надвисокочастотні НВЧ (100-1000 мГц)