Р-N переход. Режимы работы. Виды и причины пробоя полупроводниковых структур

р—n-переход (n—р-переход, электронно-дырочный переход), переходная область между двумя частями одного полупроводника, одна из которых имеет электронную проводимость (n-типа), а другая — дырочную (р-типа). В области р—n-перехода возникает электрическое поле, которое препятствует переходу электронов из п- в р-область, а дырок обратно, что обеспечивает выпрямляющие свойства р—п-перехода. Является основой многих полупроводниковых приборов.

В зависимости от диапазона токов прямые напряжения на p–n-переходе несколько различаются, но в пределах диапазона их можно считать постоянными и рассматривать как параметр открытого перехода. Различают нормальный режим, когда прямой ток через переход имеет величину порядка миллиампера и падение напряжения на кремниевом переходе U ≈ 0,7 В, и микрорежим, когда прямой ток порядка микроампера и падение напряжения на переходе U ≈ 0,5 В.

При достаточно большой напряженности электрического поля в обратно смещенном p–n переходе может возникнуть пробой. Различают три вида (механизма) пробоя: туннельный, лавинный и тепловой.

В основе туннельного пробоя лежит туннельный эффект, который возникает в случае, когда геометрическая ширина потенциального барьера (p–n-перехода) становится сравнима с дебройлевской длиной волны электрона и электроны с заполненных энергетических состояний в зоне проводимости переходят на свободные состояния в валентной зоне

Лавинный пробой возникает в сильном электрическом поле, p-слой d ≤ λ n-слой туннельного пробоя действующем в области p–n-перехода, когда электрон на длине свободного пробега набирает энергию, равную или большую ширины запрещенной зоны, и ионизирует атом собственного полупроводника. В результате рождается пара электрон – дырка, и процесс повторяется уже с участием новых носителей.

В основе теплового пробоя лежит саморазогрев перехода при протекании обратного тока. С ростом температуры обратный ток возрастает, соответственно увеличивается мощность, рассеиваемая в переходе, это вызывает дополнительный рост температуры и т. д. Характерной особенностью ВАХ при тепловом пробое является наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением: dU/dI < 0.