2. Chuyển tiếp –N và đặc tính chỉnh lưu
2.3Hiện tượng đánh thủng chuyến tiếp P-N
Khi chuyển tiếp P - N bị phân cực nghịch, nếu điện áp ngược tăng đến một giá trị khá lớn nào đĩ thì dịng điện ngược trở nên tăng vọt, nghĩa là chuyển tiếp P - N dẫn điện mạnh cả theo chiều nghịch, phá hỏng đặc tính van vốn cĩ của nĩ. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng đánh thủng. Giá trị điện áp ngược khi xảy ra quá trình này thường ký hiệu là VB (điện áp đánh thủng).
Nguyên nhân dẫn đến đánh thủng cĩ thể do điện hoặc do nhiệt, vì vậy người ta thường phân biệt hai dạng: đánh thủng về điện và đánh thủng về nhiệt. Cĩ khi cả hai nguyên nhân đĩ kết hợp lại với nhau và tăng cường lẫn nhau, gây ra một dạng đánh thủng thứ ba là đánh thủng điện - nhiệt.
Đánh thủng về điện phân làm hai loại: đánh thủng thác lũ (avalanche) và đánh thủng xuyên hầm (tunnel).
Đánh thủng thác lũ thường xảy ra trong các chuyển tiếp P - N cĩ bề dày lớn, điện trường trong vùng nghèo cĩ trị số khá lớn. Điện trường này gia tốc cho các hạt dẫn, gây ra gây ra hiện tượng ion hĩa vì va chạm làm sản sinh những đơi điện tử - lỗ trống. Các hạt dẫn vừa sinh ra này lại tiếp tục được gia tốc và ion hĩa các nguyên tử khác …, cứ như thế số lượng hạt dần tăng lên gấp bội, khiến dịng điện tăng vọt.
Đánh thủng xuyên hầm xảy ra ở những vùng nghèo tương đối hẹp, tức là chuyển tiếp của những bán dẫn cĩ nồng độ tạp chất rất lớn. Điện trường trong vùng nghèo rất lớn, cĩ khả năng gây ra hiệu ứng “xuyên hầm”, tức là điện tử trong vùng hố trị của bán dẫn P cĩ khả năng “chui qua” hàng rào thế để chạy sang vùng dẫn N, làm cho dịng điện tăng vọt .
Đặc tuyến Volt - Ampere của hai dạng đánh thủng nĩi trên gần như song song với trục tung. Khi nhiệt độ mơi trường tăng, giá trị điện áp đánh thủng theo cơ thể xuyên hầm bị giảm (tức hệ số nhiệt của VB âm), cịn điện áp đánh thủng theo cơ chế thác lũ, lại tăng (hệ số nhiệt của VB dương).
Đánh thủng về nhiệt xảy ra do sự tích lũy nhiệt trong vùng nghèo. Khi cĩ điện áp ngược lớn, dịng điện ngược tăng làm nĩng chất bán dẫn, khiến nồng độ hạt dẫn thiểu số tăng và do đĩ lại làm dịng điện ngược tăng nhanh. Quá trình cứ thế tiến triển khiến cho nhiệt độ vùng nghèo và dịng điện ngược liên tục tăng nhanh, dẫn tới đánh thủng. Trị số của điện áp đánh thủng về nhiệt phụ thuộc vào dịng điện ngược ban đầu, vào nhiệt độ mơi trường và điều kiện tỏa nhiệt của chuyển tiếp P - N. Đặc tuyến vơn-ampe cĩ đoạn điện trở âm, nghĩa là dịng điện ngược tăng vọt trong khi điện áp trên hai đầu chuyển tiếp P - N giảm xuống. Đánh thủng về nhiệt thường gây ra những hậu quả tai hại, phá hỏng vĩnh viễn đặc
tính chỉnh lưu của chuyển tiếp P - N. Cịn đánh thủng về điện, nếu cĩ biện pháp hạn chế dịng điện ngược sao cho cơng suất tiêu tán chưa vượt quá giá trị cực đại cho phép thì chuyển tiếp P - N vẫn cĩ thể hồi phục lại đặc tính chỉnh lưu của mình.