přednáška 4

řechodu PN
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 9
Lavinový průraz přechodu PN
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 10
Lavinový průraz má většina polovodičových přechodů.
Čistě lavinový průraz jen pro U
BR
> 6E
G
/q
(Si: U
R
> 6,7 V ; Ge U
BR
> 4,2 V pro Ge)
Pro 4E
G
/q < U
BR
< 6E
G
/q :
- lavinový + tunelový průraz současně
- teplotní závislosti se navzájem kompenzují.
- využití pro referenční stabilizační diody : U
BR
≈ 5,6 V
Lavinový průraz přechodu PN
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 11
Ztrátový výkon způsobený závěrným proudem: P
j
= U
R
I
R
Odvod tepla chlazením
T
j
, T
a
…teplota přechodu PN, teplota okolí
R
th
...tepelný odpor mezi přechodem a okolím.
Kladná zpětné vazba :
Vzniklé teplo je větší než odváděné !!!!!
Teplota přechodu se zvyšuje závěrný proud roste
větší ztrátový výkon
nadměrný ohřev přechodu tepelný průraz.

th
aj
a
R
TT
P
−
−
Tepelný průraz přechodu PN
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 12
Závěrný proud (≈ P
j
) roste s teplotou exponenciálně.
Odváděný výkon (P
a
) závisí na teplotě lineárně.
Nad T
kr
- generované teplo
je větší než odváděné
T
op
až T
kr
- odváděné teplo
je větší než teplo
generované
T
j
= T
op
- stabilní stav

j
a
j
j
T
P
T
P
∂
∂
∂
∂
Ti ..generace nosičů nezávisí na velikosti elektrického pole

Lokální růst teploty lokální zvýšení proudové hustoty

mesoplasma druhý průraz (second breakdown)

Poškození struktury druhým průrazem:
- teplota mesoplasmy ( T
m
) překročí teplotu tání křemíku
- T
m
překročí eutektickou teplotu slitiny křemíku s kontaktem
- tepelný šok, porušení krystalické mřížky, praskliny

Řešení - rovnoměrné rozdělení proudové hustoty :
- dobrá geometrie přechodu + minimum poruch
- dobré lavinové vlastnosti přechodu (lavinová dioda)
- významné u tranzistorů a výkonových diod
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 14
Povrchový průraz přechodu PN
Povrch polovodiče:
- nečistoty a poruchy
- nerovnoměrné rozložení elektrického pole
- lokální průrazy
- rozvinutí lokálních průrazů do celého přechodu

Pasivace povrchu homogenní vrstvou s definovanou vodivostí:
- rovnoměrné rozložení elektrického pole
- nevznikají lokální průrazy

Poznámka: Povrchový průraz obvykle nelze diagnostikovat
multimetrem. Je zapotřebí napětí v řádu 100 V.
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 15
Pro vytvoření oblasti tyu P v materiál typu N se používá indium
(In, trojmocný kov, taje při 155
o
C ; Al – tvoří rekombinační centra)

Postup:
- nanesení india na část substrátu N
- žíhání v inertní atmosféře (Ge - 550°C)
- roztavení a vytvoření slitiny
- vychladnutí a rekrystalizace

Část india zůstává v substrátu N.

Inverzní oblast s vodivostí typu P.

Přechod PN (strmý).

Jednoduchá technologie.
Malá reprodukovatelnost výroby.
Výroba polovodičových přechodů
- slitinová technologie -
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 16
Výroba polovodičových přechodů
- slitinová technologie -
FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 17
Typ vodivosti se mění pomocí difúze dotujících příměsí do
substrátu z plynné fáze ( je možné i z kapalné nebo pevné)

Teplota difúze: 1100
O
– 1200
O
C
Hloubka difúze: 1 až 15 µm
Hloubka difúze se řídí se časem: ≈1µm / hod.
Reprodukovatelné dodržení teploty !!!!!!! (± 0,5 K ?)

Pozvolný přechod PN, s velmi dobrou reprodukovatelností.

Technologie MESA
- malá kapacita přechodu
- odleptání části přechodu
- velké průrazně napětí (výkonové diody)