přednáška 4

UMEL FEKT VUT V BRNĚ J.Boušek / Elektronické součástky / P4
1

FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 1
Zvyšování napětí na přechodu
-přechod se rozšiřuje, ale pouze s (!!)
- intenzita elektrického pole roste
-překročení kritické hodnoty U
(BR)
-vzrůstu závěrného proudu, průraz
Mechanismus průrazu ovlivňuje šířka a typ přechodu a materiál
polovodiče
Základní rozdělení
-průraz tunelový (Zenerův)
-průraz lavinový
-průraz tepelný
-průraz povrchový
Napěťový průraz polovodičových přechodů

U
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 2
Velmi úzký přechod (= potenciálová bariéra) - pravděpodobnost
tunelování.
Dostatek elektronů na jedné straně bariéry a dostatek volných stavů
na stejné energetické úrovni na druhé straně bariéry.
Tunelování může probíhat v propustném i v závěrném směru.
Závislost na materiálu – vliv E
G
Ge: U
D
≈ 0,25 V ; E
krit
=2,2÷3 ⋅ 10
7
Vm
-1
; U
BR
< 2,8 V
Si: U
D
≈ 0,6 V ; E
krit
=1,2÷1,4 ⋅ 10
8
Vm
-1
; U
BR
< 4,5 V
U
BR
< 4E
G
/q -saturační proud ovlivňuje nárazovou ionizaci.
Šířka přechodu: w
Ge
≈ 0,7 w
Si
(pro N
D,A,Ge
≈ N
D,A,Si
); vliv U
D
.
Tunelový průraz
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 3
E
C
E
F
E
i
E
V E C
E
F
E
i
E
V
neobsazené
stavy
P
N
P
N
minoritní
elektrony
majoritní
elektrony
majoritní
díry
minoritní
díry
energetické stavy
obsazené elektrony
hustota
stavu
(a) u = 0 (b) u > U
Z
w
tunelování
R R
d
qU
R
Tunelový průraz v závěrném směru
E
G
se s rostoucí teplotou zmenšuje (Si: 2,8.10
-4
eV/K):
-průrazné napětí klesá záporný teplotní součinitel
N
A
, N
D
>10
17
cm
-3
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 4
Tunelový průraz v propustném směru
Poloha E
F
u velmi bohatě dotovaných polovodičů:
- ve valenčním pásu u P typu
- ve vodivostním pásu u N typu

Oboustranně velmi bohatě dotovaný přechodu PN:
- ohyb pásů je velký (velké difúzní napětí)
- obsazené stavy ve vodivostním pásu N a volné stavy v P
- existuje možnost tunelování v propustném směru
- tunelová dioda
- záporný diferenciální odpor
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 5
Tunelový průraz v propustném směru
V termodynamické rovnováze
Tunelování v závěrném směru Tunelování v propustném směru
U=0
U0
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 6
Tunelový průraz v propustném směru
U>0
U>0
U>0
U>0
Překrytí volných a obsazených hladin:
maximální
zmenšuje se
minimální
žádné
Difúze přes potenciálovou bariéru

UMEL FEKT VUT V BRNĚ J.Boušek / Elektronické součástky / P4
2

FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 7
Lavinový průraz přechodu PN
Přechod je mnohem širší než střední volná dráha elektronu:
Nosiče získají v elektrickém poli energii pro nárazovou ionizaci
atomů krystalové mříže - generaci párů elektron-díra.
U širokých přechodů může dojít k několika srážkám za sebou:
Množství nosičů vzniklých ionizací lavinově roste.
Multiplikační činitel
s nosiče vstupující
r nosičů vystupující
U
R
napětí na přechodu
U
(BR)
průrazné napětí
(n je empirický exponent)

()
n
BR
R
U
U
r
s
M








−
−−
1
1
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 8
Průrazné napětí:
- s rostoucí koncentrací příměsí klesá
- závisí na gradientu koncentrace (rozložení elektrického pole)
- u jedné diody až do 3000 V, pro větší U
BR
sériové řazení diod
Vliv teploty:
- kmity krystalové mříže brání pohybu nosičů
- získání energie k ionizaci = větší intenzita elektrického pole
-průrazné napětí s teplotou roste (kladný teplotní součinitel)
Lavinový průraz p