Конспект лекций для студентов специальности 190901 «Системы обеспечения движения поездов»

1.3. Виды пробоя p-n перехода

Как было отмечено выше, при большом прямом токе происходит разогрев полупроводниковой структуры в соответствии с законом Джоуля – Ленца (физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока, установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцом). Полупроводники обладают отрицательной зависимостью удельного сопротивления от температуры. С ростом температуры сопротивление уменьшается, ток растёт, разогрев становится всё больше. Если избыток выделяющегося тепла не удаётся отвести, наступает недопустимый перегрев, и происходит тепловой пробой.

Максимально допустимая температура, при которой ещё не наступает тепловой пробой, составляет для кремния 140 ⁰С, для германия 70 ⁰С.

Электрический пробой возникает при превышении допустимого обратного напряжения. Механизм возникновения электрического пробоя связан с эффектом Зенера. Суть эффекта – прохождение электронов через потенциальный барьер в области перехода х (туннельный пробой). В момент возникновения туннельного пробоя начинается увеличение обратного тока.

При дальнейшем увеличении обратного напряжения электроны, проходящие через потенциальный барьер, приобретают большую кинетическую энергию, достаточную для ионизации атома при соударении с ним. Происходит выбивание валентных электронов, и поток электронов нарастает, как лавина. Если конструкция перехода не предусматривает его работу в области лавинного пробоя, произойдёт разрушение полупроводниковой структуры. Максимально допустимое обратное напряжение, которое указывается в справочниках, устанавливается на уровне 0,7…0,8 от величины напряжение Зенера.