Пробой полупроводникових диодов

 

 

 

 

 

 

Геометрический  механизм пробоя диодов Шоттки

 

Вольт амперные характеристики диодов Шоттки в обратном направлении  могут обладать разнообразной формой . Наряду с известными формами ВАХ  с "жестким" и "мягким" пробоями,иногда в области пробоя наблюдается ВАХ с изломами . ВАХ с изломами впервые наблюдена Лепселтером и Зи . Эти формы ВАХ также заслуживают внимания и,как нам кажется ,являются ключом для понимания связи между представленными формами ВАХ . Кроме того , они позволяют выявит специфику пробоя диодов Шоттки . Дело в том, что в отличие от приборов с п-н переходами,в случае ДШ одним из "партнеров" перехода обычно является поликристаллическая пленка металла. Поскольку работа выхода поликристаллов является функцией от координаты поверхности ,то в работах предложена неоднородная модель КМП , согласно которой общий контакт рассматривается как паралельное соединение многочисленних елементарних контактов,имеющих различние высоты барьера ,напряжение пробоя и площади контакта. Согласно этой модели связь между представленными ВАХ можно установить следующим образом. Если ВАХ типа "а" принять за обратную ветвь ВАХ идеального Дш с лавинным механизмом пробоя,то ВАХ типа "б" можно синтезировать сложением токов двух,а ВАХ типа "в" трех таких паралельно соединенних диодов,имеющих различные параметры. Очеводно,когда количество диодов достаточно велико, то в результате геометрического сложения обратных диодов Дш мы получим ВАХ типа "г".

 

Uo

U

I

Uo

U

I

Uo

U

I

I

Uo

U

         

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Разновидности  ВАХ диодов Шоттки в обратном направлении.

 

Количественную связь  между ВАХ типа "а" и "г" можно установить следующим образом. Для этого необходимо считать, что  различные однородные участки контакта имеют различные площади , напряжения пробоя и      - является относительной площадью контакта напряжения пробоя,которое находится в интервале от   U  до  U+dU ,

(1)

где  F  - общая площадь контакта,   df  - суммарная площадь контакта ,напряжение пробоя которого находится в интервале от   U   до  U+dU ;    - является функцией распределения контактной поверхности по напряжениям пробоя и вираяется формулой :

(2)

 

Для простоты можно пологат,что  контактная поверхность по напряжениям  пробоя распределена равномерно. Это  означает ,что с ростом обратного  напряжения площадь,участвующая в  процессе пробоя,возрастает линейно  и   - является константой. Обозначим через   отношение    dI/dU    для интегрального тока полного контакта. Тогда,согласно вишеизложенному геометрическому механизму ,рост проводимости     с увеличением обратного напряжения связан с ростом площади,участвующей в процессе пробоя,как это видно из рис. 2:

d  (3)

 

где,    - дифференциальная проводимость елементарних диодов, ВАХ которых в области пробоя представляется линейной зависимостью.

Для простоты представим,что  дифференциалние проводимости елементарних диодов равны друг другу и с  ростом обратного напряжения они  не меняются (см. рис. 2).

Тогда из (3),получим:

 

(4)

 

где,    -наинизшее  напряжение пробоя елементарних диодов.

 

0

Uo

U

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Интегральная ВАХ (ломанная линия) ,построенной суммированием  ВАХ елементарних диодов , имеющих  различние значения плотности тока и площадей.

 

Послесоответствуюших преобразований ,получим:

 

(5)

 

И ,наконец,для ВАХ в  обратном направлении ,получим:

 

(6)

 

Нетрудно показать, что  если угловие коэффициенты   I(u)  зависимостей елементарних диодов в обратном направлении являются линейной функцией напряжения пробоя,то в формуле (6) ,получим еще кубический член равный        ,где   -характеризует изменение угловых коэффециентов с ростом обратного напряжения. Ha рис. 3 представлена ВАХ с мягким пробоем для   Al-nSu   Дш в логарифмическом масштабе. Как видно из рисунка,на различних участках наклон ВАХ различен и лежит в интервале 1.8-3.4, что удовлетворительно согласуется с результатами вишеизложенного расчета. Вероятно,имевшиеся расхождения являются следствием тех идеализированних упрощений,которие сделаны выше.

 

 

 

 

 

 

E=U-UoB

I , mka

1000

100

10

100

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 3. ВАХ с мягким пробоем

 

 

Вывод

В заключении можно сказать,что  в случае "мягкого" пробоя диодов Шоттки,нелинейный рост обратного тока с ростом напряжения является результатом  геометрического сложения обратных токов елементарних диодов,образующих общий контакт. Таким образом ,можно  прийти к выводу,что идеальность  ВАХ диодов Шоттки связано со степенью однородности границы раздела контакта. Чем более однородна граница  раздела контакта,тем более идеальными будут свойства контакта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Пикус Г. Е. Основы теории полупроводникових приборов.
2. Федотов Я. А. Основы физики полупроводникових приборов.
3. Лепселтер М. П , Зи С. М , Белл, Лист. Тех. 47, 195, 1968.
4. Ш. Г. Аскеров.  Электронная техника (микроэлектроника), 1977.
5. Р. В. Конакова, Г. Д. Мельников , Ю. А. Тхорник , Ю. А. Шварц.  Полупроводниковая техника и микроэлектроника. 1978.
6. Л. Н. Добрецов, М. Б. Гомоюнова. Эмиссионная электроника. 1966.
7. Е. Я. Зандберг, Н. И. Ионов. Поверхностная ионизация . 1969.
8. Ш. Г. Аскеров . Письма в ЖТФ . 1977.