Обратное включение полупроводникового диода.

Т. к. исследуемый нами полупроводниковый диод – стабилитрон работает при обратном включении, то более подробнее рассмотрим эту область. При включении p-n перехода в обратном направлении (рис. 2) внешнее обратное напряжение U_обр создает электрическое поле, совпадающее по направлению с собственным, что приводит к росту потенциального барьера на величину U_обр и увеличению относительного смеще­ния энергетических диаграмм на q(U_k + U_обр). Это сопро­вождается увеличением ширины запирающего слоя, кото­рая может быть найдена из соотношения (1.7) подстанов­кой вместо U_k величины U_k + U_обр.

. (1.8)

Для кремниевых диодов величина контактной разности потенциалов составляетU_k≈0,7 В. Толщина электронно-дырочных переходов δ имеет порядок (0,1-10)мкм.

Возрастание потенциального барьера уменьшает диф­фузионные токи основных носителей (т. е. меньшее их количество преодолеет возросший потенциальный барьер).

У

Рис. 3. Схематическое изображение стабилитрона

меньшение диффузионного тока приведет к наруше­нию условия равновесия. Через переход будет проходить результирующий ток, определяемый в основном током дрейфа неосновных носителей.

Концентрация неосновных носителей у границ p-n перехода вследствие уменьшения диффузионного перемеще­ния основных носителей уменьшится до некоторых значе­ний и. По мере удаления отp-n перехода концен­трация неосновных носителей будет возрастать до равно­весной.

Опорные диоды (кремниевые стабилитроны). Механизмы пробоя p-n перехода.

С

Рис. 4. ВАХ кремниевого стабилитрона

табилитронами или Опорными диодами называются полупроводниковые диоды, вольтамперная характеристика которых имеет участок со слабой зависимостью напряжения от тока (Рис. 4). Название «опорных» они получили за счет способности фиксировать (стабилизировать) уровни напряжений в схемах. В основу работы опорных диодов положено явление холодной эмиссии и управляемый пробой в p-n-переходе. Концентрация примесных атомов в стабилитроне гораздо выше, чем в обычных диодах, поэтому стабилитрон находится как бы в предпробойном состоянии.

Назначение стабилитронов  стабилизация напряжения; у современных стабилитронов напряжение стабилизации доходит до нескольких сотен вольт, а ток  до десятков ампер, при этом дрейф напряжения может быть не более 0,1 В.

Конструкция стабилитронов та же, что и у выпрямительных диодов; у тех и у других выбор корпуса связан с мощностью рассеяния.

Участок "аб"  для стабилизации напряжения: большим изменениям тока (от I_ст.мин. до I_ст.мах) соответствуют незначительные изменения напряжения (U_ст).

Максимальный ток I_ст.мах ограничивается допустимой мощностью рассеяния_, а минимальный (I_ст.мин) соответствует началу устойчивого электрического пробоя. При меньших значениях тока стабилитрона он может служить источником шумов (используется в генераторах шумов).

В пределах "аб" сопротивление стабилитрона изменяется при изменении тока через него, а напряжение при этом остается почти постоянным. После точки "б" стабилитрон переходит в режим теплового пробоя, при этом в нем идут необратимые процессы и структура диода разрушается. В режиме теплового пробоя стабилитрон имеет участок на ВАХ с отрицательным динамическим сопротивлением.