Билет 39. Тепловой пробой p-n перехода.

Тепловой пробой обусловлен выделением тепла в переходе при протекании обратного тока.

Если приложить обратное напряжение U, тогда рассеиваемая мощность составит P=U*I₀. Под действием этой мощности температура перехода повышается на величину T_раз=Rt*P (температура разности перехода). Происходит возрастание I₀, которое приводит к увеличению мощности. Это приводит к повышению T_раз по сравнению с T_{окружающей среды}, что влияет на увеличение I₀. Таким образом, возникает теплоэлектрическая положительная обратная связь между током и температурой p-n перехода. При плохих условиях теплоотвода результатом нарастания температуры является тепловой пробой перехода. Полная ветвь обратного тока, вызванная тепловым пробоем, будет выглядеть следующим образом:

Все три механизма пробоев влияют на обратную ветвь.

Билет 40. Прямая характеристика реального диода. Ток рекомбинации. Сопротивление базы.

При малых прямых напряжениях главным фактором, искажающим ВАХ диода, являются ток рекомбинации носителей заряда в ОПЗ, который добавляется к инжекционным составляющим тока I_p и I_n. Полный ток диода при U>0 и низком уровне инжекции приближенно описывается соотношением , где масштабный ток учитывает тепловой и рекомбинационный токи, а параметр 1<m<2 называется фактором неидеальности.

Эмиттер легируется сильнее базы, поэтому сопротивлением теля эмиттера можно принебречь. Тогда ВАХ реального диода принимает вид: .

При I>>Iв влияние сопротивления базы становится доминирующим, и ВАХ диода вырождается в прямую линию, а ток Iв= называется током омического вырождения.

В равновесном состоянии токи термогенерации и рекомбинации в переходе взаимно компенсируются. При прямом смещении перехода крутизна потенциального барьера уменьшается и носители, не способные преодолеть барьер, проникают в переход гораздо глубже. Соответственно увеличивается вероятность их рекомбинации в переходе и ток рекомбинации I_R. Ток I_R пропорционален собственной концентрации n_i, а потому его значение и доля в общем прямом токе диода существенно зависят от материала.

Поэтому при больших токах становится основным напряжением, а экспоненциальная характеристика диода вырождается. Вырожденный участок называют омическим. Омический участок может составлять значительную, а иногда и основную рабочую часть характеристики.

Билет 41. Прямая характеристика реального диода. Зависимость напряжения прямой характеристики от температуры. Работа диода при высоком уровне инжекции. Распределение токов в базе.

При малых прямых напряжениях главным фактором, искажающим ВАХ диода, являются ток рекомбинации носителей заряда в ОПЗ, который добавляется к инжекционным составляющим тока I_p и I_n. Полный ток диода при U>0 и низком уровне инжекции приближенно описывается соотношением , где масштабный ток учитывает тепловой и рекомбинационный токи, а параметр 1<m<2 называется фактором неидеальности.

Эмиттер легируется сильнее базы, поэтому сопротивлением теля эмиттера можно принебречь. Тогда ВАХ реального диода принимает вид: . И сопротивление реального диода при I>>I₀ равно: . При I<<Iв= влиянием сопротивления базы можно принебречь. При I>>Iв влияние сопротивления базы становится доминирующим, и ВАХ диода вырождается в прямую линию, а ток Iв= называется током омического вырождения.

Для несимметричного p‑n⁺ перехода ток диода будет . Вблизи комнатной температуры Т_к при ее небольших отклонениях можно записать: , тогда температурная зависимость тока преобразуется к следующему виду:

.

При высоком уровне инжекции нельзя пренебрегать дрейфовой составляющей тока. Количественной характеристикой уровня инжекции является отношение , где - граничная концентрация избыточных дырок, - равновесная концентрация электронов в базе. С ростом прямого тока и напряжения уровень инжекции повышается, растут избыточные концентрации дырок и компенсирующих электронов и процессы в базе существенно изменяются. Особенности, связанные с высоким уровнем инжекции: 1). Концентрация дырок вблизи перехода становится сравнимой с концентрацией электронов. Следовательно, на этом участке заметную роль начинает играть дрейфовая составляю щая дырочного тока. 2). Увеличение избыточных концентраций носителей зарядов вблизи перехода приводит к увеличению удельной проводимости базы в этой области. Уменьшение сопротивления базы сказывается на коэфф. Инжекции и на омическом напряжении.

Ток диода складывается из полных токов осн. и неосн. носителей зарядов. Если , то полный ток определяется током неосновных носителей. Диффузионные составляю щие токов примерно одинаковы, но противоположны по направлению. Распределение дрейфовых токов зависит от уровня инжекции, координаты, распределения поля. Для толстой базы ток вблизи перехода мал.