Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
примеси на другой стороне перехода (вставка на рис. 31) напряжение пробоя
принимает промежуточное значение между напряжениями пробоя ступенчатого и
линейного переходов (рис. 26 и 28) [39]. Для больших значений а и низких
значений NB напряжение пробоя диффузионного перехода (рис. 31)
приближается к напряжениям для резкого перехода (нижняя линия); с другой
стороны, для малых а и' высоких NB напряжение близко к напряжениям для
линейного перехода (параллельные линии).
Результаты, представленные на рис. 26-30, получены в предположении
достаточно большой толщины полупроводникового слоя, чтобы при пробое мог
существовать обедненный слой шириной Wm (рис. 29). Однако если ширина
полупроводникового слоя
Плоскостные диоды
113
Концентрация В исходном материале Ng, СМ~*
Рис. 31. Напряжение пробоя для диффузионных переходов. На вставке по*
казано распределение пространственного заряда [39].
W меньше Wm (рис. 32, вставка), то еще до лавинного пробоя произойдет
прокол прибора (т. е. обедненный слой достигнет границы раздела п - п+).
При дальнейшем увеличении обратного смещения неизбежно наступит пробой
прибора. Максимальное электрическое поле 8т примерно такое же, как и в
приббре без
Рис, 32. Напряжение пробоя р+ - я - п+- и р+ - v - п+-переходов.
114
Глава 2
Концентрация примесей
lCCCU -V /
tf'VA7
7
о
О 100 200 300 400 500 §00
Т> К
Рис. 33. Температурная зависимость нормализованного напряжения лавинного
пробоя [40].
------ резкий переход в Si; -----резкий переход в Ge; - - - линейные
переходы*
прокола. Следовательно, для напряжения пробоя VBt диода с проколом можно
написать
Прокол обычно возникает при достаточно низкой концентрации легирующей
примеси NB, что имеет место в р+ - я - п+-и р+ - v - п+-диодах (я
означает слаболегированный полупроводник p-типа, a v - слаболегированный
полупроводник м-типа). Рассчитанная по формуле (80) зависимость
напряжения пробоя таких диодов от концентрации примеси в
слаболегированной области несимметричного резкого перехода в кремнии
приведена на рис. 32 (сплошная линия). Предполагается, что переход
сформирован на эпитаксиальной подложке (т. е. на п+-подложке выращен
эпитаксиальный слой v-типа толщиной W). Для заданной толщины (штриховая
линия) при уменьшении концентрации примеси напряжение пробоя стремится к
постоянному значению, соответствующему проколу эпитаксиального слоя.
Результаты, приведенные на рис. 26-32, относятся к лавинному пробою при
комнатной температуре. С повышением температуры напряжение пробоя
возрастает. Это можно объяснить тем, что горячие носители, проходя через
обедненный слой под действием сильного поля, теряют часть своей энергии
при столк-
Vрт _ Заштрихованная область (вставка на рис. 32)
(ffmWm)l 2
(80)
Плоскостные диоды
! 15
новении с оптическими фононами. Средняя длина свободного рробега
электронов между Электрон-фононными столкновениями X радает с повышением
температуры (выражение (84) гл. 1). Поэтому при постоянном *поле
носители, проходя заданное расстояние, отдают кристаллической решетке
большую часть энергии. Следовательно, для того чтобы носители набрали
энергию, достаточную для генерации электронно-дырочных пар, требуется
большая разность потенциалов. Результаты расчетов на основе
модифицированной теории Бараффа [40] (гл. 1) приведены на рис. 33, где
напряжения пробоя VB для Ge и Si нормализованы относительно значений при
комнатной температуре. Из вычислений следует, что при одинаковых профилях
легирования относительные изменения VB перехода с температурой в GaAs
примерно совпадают с изменениями в Ge, а в GaP - с изменениями в Si.
Необходимо обратить внимание на существенное увеличение напряжения пробоя
с повышением температуры при относительно низких концентрациях примеси
(или малых градиентах концентрации) [41]. На рис. 34 приведены
экспериментальные результаты [42], которые достаточно хорошо согласуются
с теоретическими.
10'
Рис. 34. Обратная ветвь вольт-ампер ной характеристики кремниевого п+ -
р-диода без микроплазм и с охранным кольцом (NB - - 2,5- Ю16 см-3) при
различных температурах. Температурный коэффициент равен 0,024 В/°С [42].
10
г5
-6
10
X *Г
I
I
<§ 10 в
ю~
10'
10
-ю
\ ф п =
ч
-
; Т I -
[
г 1J :
- 1
*5%
? Г :
pj I >
20°С^r-cr-ai>^H
- 2°zC^yp' ;
-25°С 1
А .i i i i i | |
0 10 20 30 40
Обратное напряжение, в
116
Глава 2
Рис. 35, Нормализованные зависимости напряжения пробоя цилиндркческог^ ri
сферического переходов от кривизны перехода 139]*
0,01 ОМ 0,04 0,060,080,01 0,2 0,10,60,81,0
7 - гу/Wm
В планарных р - /г-переходах необходимо учитывать очень сильное влияние
кривизны перехода. Схема планарного перехода приведена на рис. 9, б.
Поскольку напряженность электрического поля на цилиндрических и/или
сферических областях перехода выше, то напряжение пробоя определяется
именно этими областями. Потенциал V (г) и электрическое поле Ш (г) в
цилиндрическом или сферическом переходе можно найти, решая уравнение
