Виды пробоев P-N-перехода
Вольт-амперная характеристика p-n-перехода реального полупроводникового прибора и ее кусочно-линейная аппроксимация. Характерные признаки теплового пробоя. Возникновение лавинного пробоя р-н-перехода при меньших напряженностях электрического поля.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.11.2017 |
| Размер файла | 253,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Омский государственный университет путей сообщения» (ОмГУПС (ОмИИТ))
Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»
Тематический реферат
По дисциплине: «Электроника»
На тему: «Виды пробоев P-N-перехода»
Автор: студентка гр.45Б О.А. Готфрид
Руководитель: доцент Е.Ю. Салита
Омск 2017
Содержание
Введение
1. Пробой электронно-дырочного перехода
2. Тепловой пробой
3. Тоннельный пробой
4. Лавинный пробой
5. Поверхностный пробой
Заключение
Библиографический список
Введение
переход полупроводниковый тепловой пробой
При больших токах определяющим является влияние на p-n-переход механизма рассеяния энергии электронов и дырок, который при более высоких температурах определяется увеличением колебаний кристаллической решетки, т.е. рассеянием на фононах. При этом подвижность электронов и дырок уменьшается и падение напряжения на p-n-переходе увеличивается. Увеличение обратного напряжения приводит к пробою перехода.
При напряжении пробоя ток через p-n-переход ограничивается только внешней цепью. Значение напряжения пробоя зависит от концентрации легирующих примесей и температуры окружающей среды, увеличиваясь с ее повышением, т.е. температурный коэффициент пробоя положителен, в связи с тем, что с ростом температуры длина свободного пробега носителей заряда уменьшается.
1. Пробой электронно-дырочного перехода
Рисунок 1. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода реального полупроводникового прибора и ее кусочно-линейная аппроксимация
При увеличении обратного напряжения, прикладываемого к электронно-дырочному переходу, и достижении некоторого значения напряжения , характерного для данного перехода , монотонное, постепенное повышение обратного тока нарушается и крутизна нарастания его увеличивается. Дальнейшее приращение обратного напряжения, даже в небольших приделах, вызывает резкое увеличение обратного тока, и при отсутствии ограничивающего сопротивления во внешней цепи наступает пробой p-n-перехода. Ветвь реальной вольт-амперной характеристики перехода для режима обратного тока, на которой указан участок пробоя, преведена в третьем квандранте.
Под пробоем p-n-перехода понимается явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения.
Все пробои p-n-перехода можно разделить на две основные группы пробоев: электрические и тепловые.
Электрические пробои связаны с увеличением напряженности электрического поля в запорном слое p-n-перехода.
Однако в некоторых случаях раньше чем произойдет электрический пробой может возникнуть пробой тепловой.
2. Тепловой пробой
Тепловой пробой p-n-перехода возникает вследствие потери устойчивости теплового режима его работы.
Характерным признаком теплового пробоя является наличие на ВАХ перехода при больших обратных напряжениях участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Чаще всего тепловой пробой возникает в мощных германиевых p-n -переходах поскольку в них протекает большой обратный ток.
Поскольку величина обратного тока велика то даже при небольших обратных напряжениях меньше напряжений эл пробоя выделяется большая мощность значение которой определяется произведением обратного напряжение на обратный ток.
Это приводит к увеличению температуры перехода и соседних с ним областей.
В свою очередь увеличение температуры приводит к повышению обратного тока перехода и соотвественно рассеиваемой мощности.
Таким образом возникает своеобразная теплоэлектрическая обратная связь между величиной тока и температурой п-н-перехода что приводит к резкому увеличению тока, т.е.к пробою p-n-перехода
Напряжение теплового пробоя зависит от температуры окружающей среды и условий теплоотвода
Тепловой пробой является крайне нежелательным явлением поскольку приводит к выходу p-n-перехода из строя.
Поэтому в тех случаях когда возможен тепловой пробой необходимо последовательно с p-n-переходом включать токоограничивающее сопротивление.
3. Тоннельный пробой
Возможны обратимые и необратимые пробои.
Обратимый пробой - это пробой после которого p-n-переход сохраняет работоспособность.
Необратимый пробой ведет к разрушению структуры полупроводника.
В реальном p-n-переходе когда напряжение достигает некоторого критического значения ток через переход резко возрастает начинается пробой перехода.
Величина напряжения при котором происходит пробой зависит от типа р-н-перехода и составляет от нескольких вольт до нескольких киловольт.
Явление перехода электронов через энергетический барьер высота которого больше энергии электрона называется туннельным пробоем.
В его основе лежит тоннельный эффект, т.е просачивание электронов сквозь потенциальный барьер, высота которого больше чем энергия носителей заряда
Это становится возможным при значительном электрическом поле, т.е. при высоких уровнях лигированияширина р-н-перехода мала.
Вероятность туннельного перехода зависит от ширины запрещенной зоны полупроводников.
При увеличении температуры ширина запрещенной зоны уменьшается, ширина перехода уменьшается. Напряжение пробоя снижается.
Туннельный пробой в чистом виде проявляется только при высоких концентрациях примисей, а напряжение при пробое составляет от 0 до 5 вольт.
Для него так же характерен низкий рост обратного тока при практически неизменном напряжении.
Такой вид пробоя в отличие от теплового пробоя является обратимым это значит что он не приводит к повреждению диода и при снижении напряжения его свойства сохраняются.
4. Лавинный пробой
Лавинный пробой р-н-перехода возникает при меньших напряженностях электрического поля и является следствием ударной ионизации атомов полупроводника.
При определенных значениях напряженности эл поля энергия неосновных носителей электричества движущаяся через р-н-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 создает все возрастающее 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 электронно-дырочным переходом. При прохождении которого неосновные носители успевают приобрести достаточно высокую скорость.
Пробой не вызывает разрушение полупроводниковой структуры если обратный ток ограничен наличием внешней цепи.
5. Поверхностный пробой
В местах выхода p-n-перехода на поверхность структуры происходит поверхностный пробой. Причинами могут являться различные факторы:
? высокая напряженность электрического поля;
? сужение области объемного заряда по сравнению с внутренними областями;
? наличие разорванных валентных связей атомов у поверхности;
? адсорбция атомов посторонних элементов.
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, и, следовательно, возникновение контактной разности потенциалов.
Для предупреждения поверхностного пробоя снимается фаска под некоторым углом к плоскости структуры с p-n-переходом, место выхода тщательно очищают и наносят изолирующее покрытие из специального компаунда, а структуру помещают в герметический корпус, иногда заполняют инертным газом.
Заключение
В данной работе был исследован пробой электронно-дырочного перехода и его виды, рассмотрена зависимость пробоя p-n-перехода от температуры, обратных напряжения и тока и внешних факторов. Приведены способы предупреждения пробоев ЭДП, и рассмотрена возможность обратимости пробоя. Исследовано влияние процессов при пробое на вольт-амперную характеристику.
Ход вольтамперной характеристики зависит от температуры. При ее повышении увеличивается число свободных электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне, что приводит к увеличению прямого и обратного токов при тех же значениях напряжения на р-n-переходе.
Библиографический список
1. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / А. Т. Бурков. М.: Транспорт, 1999. 464 с.
2. Засорин С. Н., Мицкевич В.А., Кучма К.Г. Электронная и преобразовательная техника: Учебник для вузов ж.-д. трансп. Под ред. С.Н. Засорина. ? М.: Транспорт, 1981, 319 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Понятие p-n перехода и методы его создания. Резкие и плавные p-n переходы, их зонные диаграммы. Зонная диаграмма несимметричного p-n перехода. Потенциальный барьер и распределение контактного потенциала. Методика расчета вольт-амперной характеристики.
курсовая работа [566,6 K], добавлен 19.12.2011Физика явлений, происходящих в газовых разрядах с непрерывным и импульсным подводом электрической энергии, как основа лазерных технологий. Виды, свойства и характеристики разрядов. Разряд униполярного пробоя газа, его вольт-амперные характеристики.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 25.02.2013Описание технологии изготовления электронно-дырочного перехода. Классификация разработанного электронно-дырочного перехода по граничной частоте и рассеиваемой мощности. Изучение основных особенностей использования диодных структур в интегральных схемах.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 14.11.2017Изучение методов испытания изоляции, пробоя воздушного промежутка при различной форме электродов. Проверка электрической прочности трансформаторного масла. Описание испытательной установки АИИ-70 для создания напряжений постоянного и переменного токов.
лабораторная работа [270,1 K], добавлен 02.11.2014Определение величины обратного тока диодной структуры. Расчет вольт-амперной характеристики идеального и реального переходов. Зависимости дифференциального сопротивления, барьерной и диффузионной емкости, толщины обедненного слоя от напряжения диода.
курсовая работа [362,1 K], добавлен 28.02.2016Понятие полупроводникового диода. Вольт-амперные характеристики диодов. Расчет схемы измерительного прибора. Параметры используемых диодов. Основные параметры, устройство и конструкция полупроводниковых диодов. Устройство сплавного и точечного диодов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 04.05.2011Принцип действия генератора импульсного напряжения. Характеристики вакуумных разрядников, условия развития пробоя. Исследование электрической прочности РВУ-43, РВУ-53. Расчеты распределения электрического поля в них при помощи программного пакета Comsol.
дипломная работа [8,7 M], добавлен 14.02.2014Теоретические сведения о свойствах полупроводников. Предоставление энергетических диаграмм p-n перехода в условиях равновесия. Получение вольтамперной и вольтфарадной характеристик по заданным значениям напряжения и тока. Расчет концентрации примеси.
лабораторная работа [141,4 K], добавлен 21.01.2011Понятие и содержание процесса фазового перехода первого рода как изменения агрегатного состояния вещества. Основные стадии данного перехода и его особенности, физическое обоснование и закономерности. Сущность теории Зельдовича. Бистабильная система.
презентация [199,0 K], добавлен 22.10.2013Математическое толкование симметрийно-физического перехода. Построение математической модели безвихревой электродинамики. Уравнения электромеханической связи. Уравнение симметрийно-физического перехода в электромагнитных явлениях.
статья [94,3 K], добавлен 29.10.2006
