Тепловой пробой

Тепловой пробой — это необратимый вид пробоя p-n-перехода, являющийся следствием увеличения обратного напряжения.

При электрическом пробое ток возрастает и, достигая определенного значения, может начать необратимый процесс разрушения p-n-перехода. Поэтому одним из важнейших параметров полупроводникового прибора является максимально допустимое обратное напряжение (пробивное напряжение), при котором сохраняется основное свойство полупроводника — односторонняя проводимость. Превышение напряжением величины пробивной проводимости может привести к выходу из строя полупроводникового прибора .

Свойства пробивного напряжения теплового пробоя

• рост температуры окружающей среды и ухудшение условий теплоотвода уменьшает пробивное напряжение проводника
• уменьшение обратного тока увеличивает пробивное напряжение

Механизм возникновения теплового пробоя

При увеличении температуры транзистора происходит возрастание коллекторного тока, вызывающее возрастание тепловой мощности, рассеиваемой в транзисторе, и его температуры.

В транзисторах обратный ток р-n перехода сильно зависит от температуры:

$I_{invT2}=I_{invT1}\alpha ^{T_{2}-T_{1}}$

здесь: $I_{invT2}$ - обратный ток p-n перехода при температуре $T_{2}$, $I_{invT1}$ - обратный ток p-n перехода при температуре $T_{1}$, $\alpha$ - величина, для германиевого р-n перехода примерно равная $1,08$,

Рассеиваемая на p-n переходе тепловая мощность $P_{pn}$:

$P_{pn}=U_{inv}I_{inv}=U_{inv}I_{invT1}\alpha ^{T_{2}-T_{1}}$

здесь $U_{inv}$ - обратное напряжение, приложенное к p-n переходу.

Отводимая от перехода тепловая мощность $P_{out}$ пропорциональна разности температур перехода $T_{pn}$ и корпуса прибора $T_{kor}$:

$P_{out}={\frac {T_{pn}-T_{kor}}{R_{T}}}$

Условием теплового пробоя является неравенство:

${\frac {dP_{pn}}{dT_{pn}}}>{\frac {dP_{out}}{dT_{pn}}}$

или

$0,077U_{inv}I_{inv}>{\frac {1}{R_{T}}}$

Литература

• Аксенов А. И., Глушкова Д. Н., Иванов В. И. Отвод тепла в полупроводниковых приборах. — М.: Энергия, 1971. — 176 с.