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 ^[1].

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.^[2]

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

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

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

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

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

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

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

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

Условием теплового пробоя является неравенство:

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

или

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