V. Quang bán dẫn
V.3.3Hiện tượng thác lũ
Quang điôt được dùng trong các mạch điều khiển để đóng mở mạch điện (dẫn điện khi có ánh sáng chiếu vào và ngưng khi tối). Thế nhưng thực tế cho thấy khi đặt vào điôt một thế hiệu đủ lớn thì điôt sẽ dẫn điện theo chiều ngược lại. Hiện tượng này gọi là sự đánh thủng lớp chuyển tiếp.
Ta nghiên cứu sự đánh thủng lớp chuyển tiếp qua cơ chế đánh thủng kiểu thác. Quá
trình đánh thủng kiểu thác được minh họa sơ lược như sau:
- Bước 1: Sự tạo thành electron_lỗ trống do nhiệt.
+ Nếu điện trường trong miền điện tích không gian không quá cao, quá trình này tạo một dòng ngược.
+ Nếu điện trường trong miền điện tích không gian đủ lớn, electron và lỗ trống tạo thành đã có một động năng khá lớn trước khi va chạm với mạng, làm đứt các liên kết Si_Si và tạo ra các electron và lỗ trống mới.
3’2’ 2’ Điện trường 1 3 2
- Bước 2 và 2’: electron và lỗ trống thu được động năng.
- Bước 3: biểu diễn sự va chạm của electron. Electron chuyển động nhanh sẽ truyền động năng của nó cho electron trong vùng hóa trị, làm cho electron này chuyển lên miền dẫn.
- Bước 3’: Biểu diễn sự va chạm của electron giống như bước 3. Quá trình 3 và 3’ tạo ra cặp electron và lỗ trống mới. Toàn bộ electron và lỗ trống đó được tăng tốc bởi điện trường mạnh trong miền điện tích không gian. Các electron_lỗ trống được tạo ra
có khả năng tạo ra các cặp electron và lỗ trống mới khác. Quá trình tiếp tục như thế.
Quá trình này gọi là quá trình thác (hiện tượng thác lũ). Điện trường cần thiết để quá
trình thác xảy ra gọi là điện trường tới hạn Eth. Trong quá trình thác đòi hỏi phải có
một quá trình gia tốc cho các hạt dẫn khến chúng đạt tới tốc độ nhất định. Nó phụ
thuộc vào miền điện tích không gian, vì miền điện tích không gian càng rộng thì quá trình va chạm càng nhiều. Nếu làm tăng số hạt dẫn trong bán dẫn thì hiện tượng sớm
xảy ra hoặc xảy ra mãnh liệt hơn. Do số hạt dẫn tăng, sự ion hóa do va chạm tăng.
Với hiệu ứng quang điện, quang điôt cho một hiệu điện thế khi được chiếu sáng. Vì vậy, nó có thể làm việc mà không cần điện áp bên ngoài. Tuy nhiên, thời gian lên và sự tuyến tính của quang điôt có thể tốt hơn nếu nó làm việc với một điện áp ngược.
(Thời gian lên và thời gian cần thiết để tín hiệu từ 10% lên đến 90% của đỉnh).
Tuy nhiên với điện áp ngược quang điôt cũng có những bất lợi:
- Gia tăng dòng tối của điôt.
- Nâng cao biên độ tiếng ồn.
- Nếu điện áp ngược quá lớn có thể làm hỏng điôt. Như vậy quang điôt làm việc không tốt với ánh sáng yếu.