Полупроводниковые приборы — ток утечки
Важным ограничением проводимости диода с PN-переходом является leakage current. Когда диод смещен в обратном направлении, ширина обедненной области увеличивается. Как правило, это условие требуется для ограничения накопления носителей тока возле перехода. Большинство носителей тока в основном отрицаются в обедненной области, и, следовательно, обедненная область действует как изолятор. Обычно носители тока не проходят через изолятор.
Видно, что в диоде с обратным смещением через область обеднения протекает некоторый ток. Этот ток называется током утечки. Ток утечки зависит от неосновных носителей тока. Как мы знаем, неосновные носители — это электроны в материале P-типа и дырки в материале N-типа.
На следующем рисунке показано, как реагируют носители тока при обратном смещении диода.
Ниже приведены наблюдения —
Незначительные носители каждого материала проталкиваются через зону истощения к стыку. Это действие вызывает очень небольшой ток утечки. Обычно ток утечки настолько мал, что им можно пренебречь.
Здесь, в случае тока утечки, важную роль играет температура. Неосновные носители тока в основном зависят от температуры.
При комнатной температуре 25 ° C или 78 ° F в диоде обратного смещения присутствует незначительное количество неосновных носителей.
Когда температура окружающей среды повышается, это вызывает значительное увеличение образования неосновных носителей заряда и, как следствие, соответствующее увеличение тока утечки.
Во всех диодах с обратным смещением возникновение тока утечки до некоторой степени является нормальным явлением. В германиевых и кремниевых диодах ток утечки составляет всего несколько единиц.microamperes и nanoamperesсоответственно. Германий гораздо более чувствителен к температуре, чем кремний. По этой причине в современных полупроводниковых устройствах в основном используется кремний.
Что такое ток утечки диода
Подскажите, может кто замерял, у каких типов диодов какой ток утечки в обратном направлении, грубо говоря (большой, средний, маленький)?
Есть старые советские в стеклянных корпусах (с разной маркировкой) — у них вроде сравнительно большой ток идет. А вот у 1N4007 — маленький. Почему так, те старые стеклянные германиевые что-ли, а не кремниевые?
А вопрос к чему: вместо высокоомных (мегаомы) резисторов очень удачно можно подобрать диоды
_________________
Не променяю медь на ржавую несгорайку!
Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет
Ведущий производитель электрического оборудования компания MORNSUN выпустила серию источников питания на DIN-рейку LI100-20BxxPR3 c выходами на 12, 15, 24 и 48 В. ИП позиционируются для умных домов, а так же используются в составе оборудования для промышленной автоматизации, различных производственных машин, рельсовых систем транспортировки и другого оборудования, работающего в условиях неблагоприятной окружающей среды.
_________________
Не променяю медь на ржавую несгорайку!
Компания MEAN WELL продолжает активное развитие номенклатуры, осваивая новые направления и обновляя существующую продукцию с учетом возрастающих требований. В настоящий момент в Компэл представлено множество недавно вышедших новинок MEAN WELL.
MEAN WELL выпустил ряд таких новинок как мощные высоковольтные управляемые источники питания, DC/DC-преобразователи со сверхшироким входом (с креплением на DIN-рейку и на шасси), полностью обновил линейку зарядных устройств (ЗУ), DC/AC-преобразователей (инверторов) и ИБП для охранно-пожарных систем. Кроме того, выпущены специальные источники питания с выходным напряжением в виде ШИМ для светодиодных лент и модулей управляемых по DALI2 и 0…10 В, а также другая продукция.
У диодов (p-n переходов), грубо говоря, обратный ток утечки сильно (драмматически) растет с ростом температуры.
Это создает проблему для ОУ, имеющих вход на полевых транзисторах с p-n переходом. Их максимальный входной ток при повышенных температурах радикально больше, чем при комнатной (хотя для многих применений все равно пренебрежимо мал). У ОУ с МОП-транзисторами этого нет, хотя могут быть другие недостатки — больше напряжение смещения и т.д.
1.1.3.2. Токи генерации и утечки в реальных диодах
В реальных приборах тепловой ток составляет лишь часть обратного тока, который содержит ряд других составляющих, таких как ток генерации носителей в переходе и ток утечки .
Ток генерации обусловлен следующими процессами, происходящими в диоде.
В реальных диодах величина запирающего слоя имеет конечную величину, т.е. p—n—переход не является бесконечно тонким, и в области запирающего слоя, как и за его пределами, происходят генерация и регенерация носителей заряда. Генерируемые в переходе носители зарядов под действием электрического поля, создаваемого внешним напряжением выходят из пределов запирающего слоя, образуя, таким образом, ток генерации . Увеличение обратного напряжения приводит к расширению запирающего слоя, а значит и к росту объёма, в котором происходит генерация, т. е. с увеличением увеличивается . Выражение для тока генерации / /:
где — концентрация электронов, — величина запирающего слоя; и — время «жизни» электронов и дырок в переходе.
Протяженность реального p—n—перехода не бесконечна. Кроме того, поверхность полупроводникового кристалла характеризуется нарушениями кристаллической решетки и различными загрязнениями, что обуславливает рекомбинационно-генерационные процессы на поверхности p—n—перехода и приводит к появлению дополнительного тока — тока утечки .
Таким образом, обратный ток диода складывается из трех составляющих:
Ток утечки может составлять основную часть обратного тока диода, значительно превышая и . Относительная доля и в обратном токе диода зависит от типа исходного полупроводникового материала, так для германия , а для кремния .
Ток утечки также зависит от типа применяемого полупроводникового материала. Для германиевых диодов всегда . Для некоторых типов кремниевых диодов . Из вышесказанного следует, что для германиевых диодов , т.е. обратный ток является тепловым и в большей степени подвержен температурным изменениям и превышает значения обратных токов кремниевых диодов на несколько порядков. Для кремниевых диодов . Реальные обратные токи германиевых диодов, для которых для которых на 7…8 порядков больше, чем для кремниевых, отличаются от обратных токов кремниевых диодов примерно на три порядка.
На рис. 1.1.4. приведены обратные ветви ВАХ для германиевого и кремниевого диодов, на которых показаны основные составляющие обратного тока реальных диодов, причем масштабы рисунков различны, поскольку ток в германиевом диоде на несколько порядков больше, чем в кремниевом.
Рис. 1.1.4. Обратная ветвь ВАХ реального диода для а) германиевого и б) кремниевого диодов соответственно.
При увеличении внешнего обратного напряжения на выводах p—n—областей при некотором его значении монотонно, а затем резко возрастает — происходит пробой перехода. Различают несколько видов пробоя.
Рассмотрим сначала природу электрического пробоя. Электрический пробой может быть туннельным и лавинным.
Туннельный электрический пробой наблюдается в очень тонких p—n—переходах при обратных напряжениях до 10В, при которых возникает высокая напряженность электрического поля. Под действием сильного электрического поля валентные электроны приконтактного слоя p—области отрываются от атомов и перебрасываются в n—область.
Лавинный электрический пробой инициируется также сильным электрическим полем ( ) и свойственен полупроводникам со значительной толщиной p—n—переходов. В лавинном переходе основная роль принадлежит неосновным носителям, дислоцированным в переходе — они разгоняются электрическим полем и ионизируют атомы. В свою очередь, образовавшиеся новые электроны сталкиваются с другими соседними атомами, и процесс лавинообразно нарастает.
Оба вида электрического пробоя протекают баз разрушения кристаллической структуры полупроводника, а значит, они обратимы.
Тепловым называется пробой p—n—перехода, обусловленный ростом количества носителей заряда при повышении температуры кристалла. С увеличением обратного напряжения и тока возрастает тепловая мощность, выделяющаяся в p—n—переходе и его температура. Под действием теплоты усиливаются колебания атомов кристалла, и ослабевает связь валентных электронов с ними. При неизменном обратном напряжении обратный ток растет. Если мощность превысит максимально допустимую мощность , процесс термогенерации лавинообразно разрастается, p—n—переход разрушается и в кристалле происходит необратимая перестройка структуры.
Ток утечки
У диодов p — n -переход выходит на поверхность кристалла. По поверхности перехода может протекать ток – ток утечки 
. Движение носителей происходит по поверхностным уровням. Поверхностные уровни – это молекулярные и ионные пленки окислов основного материала, молекулы газов и воды, ионы кислорода, водорода, дефекты кристаллической решетки и т.д.
У кремниевых диодов накладывается на ток 
, у германиевых на 
. Ток утечки не является постоянным для данного типа диодов. Каждый диод имеет разную поверхность и, следовательно, индивидуальный ток утечки. Ток утечки нестабилен во времени, он как бы "ползет". растет с ростом напряжения, а от температуры практически не зависит. Ток утечки измеряют при малых (до 1 В) обратных напряжениях.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Прямо сейчас студенты читают про:
Отличие вещных правоотношений от обязательственных Разграничение вещных и обязательственных прав РП не известно. В РП существовала классификация исков.
Смазки для мастурбации и стимуляции рукой Не пользуйтесь кремом для рук, если вы занимаетесь мастурбацией или мануальной стимуляцией половых органов.
Основные концепции правопонимания Правопониманием в юридической науке называется юридическая категория.
Категория работ по тяжести (ГОСТ 12.1.005-88) Категория работ Энергозатраты Ватт Ккал/час Легкие: Iа Iб Средней тяжести: IIа IIб Тяжелые III  .
Исполнение обязательств Исполнение обязательства состоит в совершении должником в пользу кредитора конкретного действия.