5.11.4. Индуктивность p-n перехода

На БУИ p-n переход обладает индуктивными свойствами. Это фиктивная индуктивность, так как накопление магнитной энергии в p-n переходе не происходит, как и возбуждение ЭДС самоиндукции. Природа этой индуктивности заключается в инерционности перераспределения напряжения между p-n переходом и модулируемым сопротивлением квазинейтральной базы на БУИ, что и приводит к задержке тока относительно напряжения (индуктивный характер инерционности). Постоянная времени этого процесса определяется временем пролёта базы или временем жизни ННЗ для случая полубесконечной базы, как и в случае диффузионной ёмкости на МУИ.

В стационарных условиях p-n переход можно представить цепью (рисунок 5.57, а). В импульсном режиме – цепью, содержащей модулируемое сопротивление базы с индуктивностью (рисунок 5.57, б).

В соответствии с эквивалентной схемой (5.57б) при подаче прямоугольного импульса напряжения ток в цепи будет изменяться следующим образом:

, где .

С другой стороны подача импульса напряжения на диод в первый момент времени приводит к выделению всей амплитуды напряжения U₀ на немодулированном сопротивлении базы (за время релаксации τ_M) (рисунок 5.58, б). По мере заряда зарядной ёмкости напряжение на p-n переходе возрастает (барьер снижается). Происходит инжекция ННЗ в базу и нейтрализация этого заряда ОНЗ. Сопротивление уменьшается, происходит перераспределение напряжения:

на p-n переходе возрастает, на базе уменьшается. Длительность процесса нарастания напряжения на p-n переходе определяется процессом модуляции сопротивления базы, т.е. временем пролёта.

Следовательно,

;

.

Рисунок 5.58 - Эпюры напряжения и тока на БУИ

Для уменьшения инерционности необходимо уменьшать толщину базы, как и в случае диффузионной ёмкости на МУИ.

Природа индуктивности, как и диффузионной ёмкости, связана с инерционностью пролёта и установления квазистационарного состояния. На малых уровнях эта инерционность имеет емкостной характер С_D , на больших – индуктивный L (рисунок 5.59).

В соответствии с характером реактивного импеданса будет изменяться форма напряжения на p-n переходе при подаче на него импульсов тока различной амплитуды (рисунок 5.60).

В импульсных диодах индуктивность приводит к большой величине прямого импульсного падения напряжения и соответствующую ему инерционность – время установления прямого падения напряжения. Однако в мощных сильноточных цепях с низкоомной индуктивной нагрузкой индуктивность выпрямительных диодов демпфирует ударные токи, что оказывает положительное влияние на работу таких устройств.

5.12. Пробой p-n перехода

Пробоем называется явление резкого возрастания обратного тока p-n перехода при достижении обратным напряжением критического значения – напряжения пробоя. Это феноменологическое (опытное) определение.

По механизмам протекания различают следующие виды пробоя (рисунок 5.61):

1. Тепловой;

2. Лавинный;

3. Туннельный;

4. Инжекционный или токовый (смыкание).

Т епловой пробой является разрушающим или необратимым. Три последующих относятся к электрическому виду пробоя или обратимому. На их основе работают стабилитроны, лавинно-пролётные диоды и другие полупроводниковые приборы.

По местоположению различают объёмный пробой и поверхностный пробой.

Рисунок 5.61 - ВАХ p-n перехода в режиме пробоя