Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
ть - частота дается выражением <§ mvei/2n, где <gm - критическое поле и
vsi - предельная скорость, ограничиваемая рассеянием. У германия эта
характеристика имеет наименьшую величину, а для кремния и арсенида галлия
результаты получаются сравнимыми. С' улучшением технологии приборов можно
ожидать, что в ближайшем будущем существенное повышение выходной мощности
может быть достигнуто во всем диапазоне частот и в особенности в СВЧ-
диапазоне, как это видно из рис. 22, на котором показана связь между
мощностью и частотой.
2. Вторичный пробой. Использование мощных транзисторов и других
полупроводниковых приборов часто ограничивается феноменом так называемого
"вторичного пробоя", наступление которого связывается с внезапным
падением напряжения и одновременным внутренним стягиванием тока. О
явлении вторичного пробоя впервые было упомянуто в работе [Л. 37], и с
тех пор оно усиленно изучается на всех мощных полупроводни-
новых приборах ]Л. 38, 39]. -Для транзисторов большой мощности очень
важно найти область безопасной работы, так чтобы можно было избежать
разрушения, вызываемого вторичным пробоем.
Общий характер зависимости Ic=f\(UcE) три вторичном пробое показан (Л.
'38] на рис. 24. Обозначения F, О и R выбраны для токов, протекающих
соответственно при нулевом и обратном смещении 2-10~г~ базы. Наступление
вторичного пробоя сек для каждого из трех случаев смещения базы
сопровождается резким уменьшением UCe, когда ток достигает нестабильных
точек 1(F), 1(0) и l(R) Экспериментальные результаты позволяют выделить
четыре стадии вторичного пробоя: первая стадия-нестабильность тока в
районе пробивного напряжения, вторая - переброс из области высокого в
область низкого напряжения, третья-область возрастания тока при низком
напряжении, четвертая - разрушение прибора (на рис. 24 отмечена буквой
D).
Возникновение нестабильности обусловлено главным образом температурным
эффектом. Когда импульс данной мощности Р=1 сОСео попадает на транзистор,
проходит некоторое время, прежде чем прибор открывается и попадает в
условия вторичного пробоя. Это время называется временем наступления -
вторичного пробоя. Типичное значение |[Л. 40] этого времени в зависимости
от мощности в импульсе для различной окружающей температуры показано на
рис. 25. Для некоторого времени т температура Ttr, которая является
температурой "горячих" точек и предшествует вторичному пробою, может быть
определена из следующего теплового соотношения, связывающего импульсную
мощность Р, Ти и окружающую температуру Г0:
15 6 т
Рис. 25. Время, через кото рое наступает вторичный пробой, в зависимости
от приложенной мощности в импульсе при различной
окружающей температуре [Л. 40].
Ttr-T0=CiP
(57)
где Ci-постоянная. Из рис. '25 можно видеть, -что для данной окружающей
температуры соотношение -между мощностью в импульсе -и временем
наступления пробоя приблизительно имеет вид
х ~ exp (-С 2 Р], (58)
где С2-постоянный коэффициент.
Подстановка из уравнения 1(57) в уравнение (58) дает:
С.
Температура пробоя Ttr зависит от различных параметров прибора и его
геометрии. Для большинства кремниевых диодов и транзисторов установлено,
что Ttr- это температура, при которой концентрация носителей собственного
материала nt становится равной концентрации примесных атомов в
коллекторе. Локализация "горячих" точек происходит обычно вблизи центра
структуры.
Рис. 26. Области ограничения работы транзистора.
максимальное напряжение, ограниченное лавинным
пробоем;------------максимальный ток,, ограниченный тепловым
эффектом;- "-ограничение, накладываемое вторичным пробоем прн различной
длительности импульса (скважность 10) [Л. 41].
¦Величина Ttr должна изменяться в зависимости от концентрации примеси в
коллекторе, а величина С2/С1 связана с геометрией прибора. Время
наступления пробоя находится в экспоненциальной зависимости от обоих
параметров, поэтому для гразных приборов оно существенно различно 1[см.
уравнение (59)].
На второй стадии -пробоя происходит резкое падение напряжения на
переходе, которое наступает вслед за уже описанным явлением
неустойчивости. На этой стадии сопротивление точек пробоя резко
изменяется и становится очень малым. На третьей, низковольтной стадии
полупроводник находится яри высокой температуре, являясь собственным
полупроводником в районе точек пробоя При продолжительном возрастании
тока точки, в которых развивается пробой, начинают плавиться, и в
результате наступает четвертая стадия- разрушение.
Для защиты от постепенного разрушения необходимо точно определить области
безопасной работы. Характерный пример показан на рис. 26 для кремниевого
мощного транзистора, включенного
¦по схеме с общим эмиттером [Л. 41]. Линия нагрузки в коллекторной цепи
для (выбранной схемы должна проходить ниже кривых, определяющих область
безопасной (работы. Величина 'мощности снижается в области, в которой
достигается максимальная температура перехода около .'1-50 °С. Сплошная
