Туннельный пробой в p-n-переходе. Пробоем называют резкое увеличение тока через переход в области обратных напряжений, превышающих напряжение, называемое напряжением пробоя. Туннельный пробой связан с туннельным эффектом - переходом электронов сквозь потенциальный барьер без изменения энергии.
Туннельный пробой наблюдается только при очень малой толщине барьера - порядка 10 нм, то есть в переходах между сильнолегированными p- и n- областями порядка 1018 см-3 . На рис.2.4.1 показана энергетическая диаграмма p-n-перехода при обратном напряжении, стрелкой обозначено направление туннельного перехода электрона из валентной зоны p-области в зону проводимости n-области. p n Еп Еф 3 Ев ДЕз ц0 U ДEтун 1 2 Еп Еф Ев Рис. 2.4.1 Энергетическая диаграмма p-n-перехода при обратном напряжении.
Еп - дно зоны проводимости Еф - уровень Ферми Ев - потолок валентной зоны. Электрон туннелирует из точки 1 в точку 2, он проходит под энергетическим барьером треугольной формы заштрихованный треугольник с вершинами 1-3 , энергия электрона при этом не изменяется. Туннельные переходы возможны для электронов, энергия которых соответствует интервалу туннелирования ДЕтун, в котором по обе стороны расположены разрешённые уровни энергии.
Высота барьера равна ДЕз, она, как правило, меньше высоты p-n-перехода, равной q ц0 U . Толщина барьера с ростом обратного напряжения уменьшается, что повышает вероятность туннелирования. Туннельный ток резко увеличивается, так как возрастает интервал туннелирования и число электронов в нём. Туннельный пробой в чистом виде проявляется только при высоких концентрациях примесей более, а напряжение пробоя составляет 0-5 В. При повышении температуры ширина запрещённой зоны незначительно уменьшается и напряжение пробоя снижается.
Таким образом, температурный коэффициент напряжения туннельного пробоя отрицателен. 2.5