условия создаются в переходах, образованных полупроводниками с большим удельным сопротивлением. В противоположность этому туннельный пробой, в основе которого лежит квантовомеханический эффект, возникает в узких переходах между полупроводниками с малым удельным сопротивлением.

На рис. 5.2 показаны для сравнения вольтамперные характеристики при напряжениях, близких к пробивным, для разных механизмов пробой при различных температурах.

1,ма W

30 20 10 О

и, в

Рис. 5 2. Вольтамперные • характеристики кремниевых переходов с различными механизмами пробоя, снятые при температуре 4-25° С (кривые /); -Ь100° С (кривые 2); -55° С (кривые 5).

В качестве исходного материала для изготовления стабилитронов применяется в настояш,ее время кремний п-типа. Выбор кремния обусловлен малым обратным током переходов в предпробойиой области и значительной крутизной характеристики в рабочей области, а также высокой допустимой рабочей температурой перехода.

, При работе в области пробоя на переходе рассеивается значительная мощность и переход разогревается. При этом увеличивается обратный ток перехода, что, в свою очередь, приводит к повышению разогревающей мощности и температуры перехода. При некоторых условиях такой процесс может стать лавинообразным; происходит так называемый тепловой, пробой перехода (§ 1.5) Особенностью теплового пробоя является возникновение на вольтамперной характеристике участка с отрицательным сопротивлением (рис. 2.1). Вследствие того что у кремниевых переходов величина обратного тока во много раз меньше, чем, например, у гер-

маниевых, вероятность развития в них теплового пробоя существепно меньше.

Дифференциальное сопротивление стабилитронов уменьшается обратно пропорционально величине тока [см. формулы (1-27) и (1.32)]. На рис. 5.3 показана зависимость Rji от тока для стабилитрона КС147А.

100 80 60 iO

го о

40 Гст>Я

Рис. 5.3. Зависимость дифференциального сопротивления стабилитрона КС147А от тока стабилизации

Рис- 5.4- Зависимость дифференциального сопротивления от напряжения стабилизации.

При одном И том же токе величина сопротивления зависит от напряжением стабилизации. Связь между величиной /?д и напряжением стабилизации для стабилитронов типа КС168А, показана на рис. 5.4. При увеличении напряжения от 5 до 7 е происходит резкое уменьшение сопротивления /?я- стабилитронов с напряжением стабилизации свыше 7 в величина Rf снова возрастает.

Наличие минимума величины сопротивления связано с тем, что в области напряжений 3 - 7 в лавинный и туннельный механизмы пробоя действуют совместно. По мере увеличения напряжения туннельный ток уменьшается (вследствие расширения перехода), а лавинный возрастает; при напряжении около 7 в остается преимущественно лавинный пробой, характеризующийся очень малым дифференциальным сопротивлением в этой области напряжений.

4 Зак. 175 6 81

5.2. ЗАВИСИМОСТЬ НАПРЯЖЕНИЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

ткн, o,os

-0,1

Рис. 5.5. Зависимость ТКН для переходов с различным напряжением пробоя.

Важнейшей характеристикой стабилитронов является зависимость напряжения стабилизации (пробоя) от температуры.

Характер изменения температурного коэффициента напряжения стабилизации (ТКН) для стабилитронов с различным напряжением пробоя показан на графике рис. 5.5.

У сравнительно высоковольтных стабилитронов с лавинным механизмом пробоя ТКН положителен. Для лавинного механизма пробоя основной причиной температурной зависимости пробивного напряжения является изменение средней длины свободного пробега носителей заряда. С увеличением температуры р.астет количество столкновений носителей заряда с атомами решетки и средняя длина свободного пробега падает. Это означает, что для приобретения энергии, достаточной для ударной ионизации при повышенной температуре, электрон должен двигаться в более сильном электрическом поле. Следовательно, пробивное напряжение при увеличении температуры должно увеличиваться. Из рис. 5.5 видно, что у низковольтных стабилитронов при напряжении f/ст около 5 в и ниже ТКН отрицателен. Это значит, что напряжение пробоя уменьшается с ростом температуры. Такая зависимость характерна для переходов с туннельным пробоем. Вероятность туннельного перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости очень сильно зависит от ширины запрещенной зоны (см. гл. 1, формула (1.24)].

При увеличении температуры ширина запраденной зоны уменьшается. Ток, обусловленный туннельным эффектом, резко увеличивается. Таким образом, с ростом температуры напряжение пробоя низковольтных переходов надает.

Температурные изменения напряжения стабилизации можно компенсировать следующими способами.