стабилитрон

СТАБИЛИТРОН (от лат. stabilis - устойчивый, постоянный) полупроводниковый- полупроводниковый прибор, предназначенный для стабилизации напряжения в электрич. цепях (см. Стабилизация тока и напряжения ).Представляет собой диод, работающий при обратном напряжении; вольт-амперная характеристика (ВАХ) С. (рис.) имеет участок с очень слабой зависимостью напряжения от тока (дифференц. сопротивление мало). Физ. механизмом, обусловливающим возникновение такого участка, является лавинный либо туннельный пробой р - п-перехода. Конструктивно С. представляет собой -диод, в к-ром приняты меры по повышению однородности пробоя: специальной конструкцией краевого контура р - n-перехода устранена возможность пробоя по поверхности, а полупроводниковый материал имеет повыш. однородность уд. сопротивления. В области малых напряжений «ступенька» тока определяется в осн. генерац. процессами в базовой области на расстоянии диффузионной длины от - га-перехода («ток насыщения»). При больших напряжениях определяющей становится генерация в области пространственного заряда (ОПЗ) р - re-перехода, к-рая расширяется с ростом напряжения. В точке А напряжённость поля ОПЗ в области максимума достигает величины, при к-рой рост обратного тока уже определяется ударной либо туннельной ионизацией, а в точке В при U = U_np происходит пробой и наклон характеристики резко меняется. Этот наклон зависит от мн. факторов: от вида пробоя, его однородности, величины уд. сопротивления материала и т. д. Для кремниевых р - n-переходов, напр., до напряжения В определяющим является туннельный, а при В - лавинный пробой, дающий значительно более крутой наклон ВАХ. Однако лавинный пробой развивается, как правило, неоднородно по площади, а в локальных участках - в областях т. н. микроплазмы, где имеются значит. искажения поля в ОПЗ, происходящие из-за разл. рода дефектов, а также неоднородностей поля, связанных с неоднородностью легирования.

Обратная вольт-амперная характеристика стабилитрона: С - точка стабилизации; R_H - нагрузочная прямая.

ВАХ С. после участка АВ становится практически линейной, поскольку при большом напряжении практически все области микроплазмы находятся в стабильном проводящем состоянии и их линейные характеристики суммируются.

Осн. параметрами С. являются: динамич. сопротивление R_Д = dU/dl при I = I_ст; статич. сопротивление R = U_ст/I_ст; коэф. качества Q = R_Д/R; температурный коэф. напряжения ТКН = dU_ст/dT.

Напряжение стабилизации (7_СТ связано с напряжением пробоя, но не равно ему, т. к. ВАХ имеет определ. крутизну. Для однозначного определения U_ст задаются некоей определ. величиной тока I = I_ст так, чтобы эта точка была за участком АВ. Отклонение тока от этой величины будет приводить к изменению напряжения на диоде; динамич. сопротивление R_Д = dU/df характеризует степень стабилизации. Статич. сопротивление R характеризует потери в диоде в заданной рабочей точке. Коэф. качества

представляет собой отношение относит. изменения напряжения на С. к относит. изменению тока. Качество С. тем выше, чем меньше Q. Очень важный параметр - температурный коэф. напряжения. В случае лавинного пробоя U_пр с темп-рой возрастает; это происходит из-за уменьшения ср. длины свободного пробега носителей вследствие возрастания рассеяния на фононах решётки. Поскольку с уменьшением длины свободного пробега носителей заряда энергия, достаточная для ионизации решётки, может быть набрана в более сильном поле, напряжение пробоя растёт с темп-рой, причём скорость роста довольно велика (ТКН ~ 0,1%/К). При туннельном пробое U_пр наоборот, уменьшается с ростом темп-ры из-за уменьшения ширины запрещённой зоны; характерная величина ТКН ~ 0,030.07%/К. Минимальный ТКН имеют кремниевые С. с В, когда туннельный и лавинный пробои развиваются одновременно.

У выпускаемых промышленностью С. напряжение стабилизации лежит в диапазоне 2,2200 В, ток стабилизации - от долей миллиампера до единиц ампер. Осн. полупроводниковым материалом для С. является кремний, осн. технол. методы изготовления - п- --структуры - термодиффузия примесей, сплавление, эпитаксия.

Лит.: Федотов Я. А., Основы физики полупроводниковых приборов, 2 изд., М., 1970; Грехов И. В., Сережкин Ю. Н.. Лавинный пробой р-n-перехода в полупроводниках, Л., 1980. Н. В. Грехов.

   <<      Предметный указатель      >>