Принцип действия кремниевых стабилитронов

Если к полу­проводниковому диоду приложить обратное напряжение, то в области электронно-дырочного перехода образуется запирающий слой, в котором практически отсутствуют носители зарядов. При малых значениях обратного напряжения наличие небольшого обратного тока объясняется тепловой ионизацией, вследствие которой образуются элементарные носители зарядов: электроны и дырки. Электроны при этом двигаются к плюсу внешнего ис­точника, а дырки - к его минусу. Чем больше величина приложенного обратного напряжения, тем быстрее в полупровод­нике движутся заряды. При некотором значении обратного на­пряжения, называемом пороговым напряжением U_пор, скорости носителей зарядов достигают такой величины, при которой столк­новение носителей зарядов с атомами полупроводника сопро­вождается расщеплением последних на электроны и положитель­ные ионы, которые в свою очередь при движении расщепляют другие атомы и т. д. Такой процесс называется ударной иониза­цией.

Некоторая неравномерность электрического поля в различ­ных точках электронно-дырочного перехода приводит к тому, что процесс ударной ионизации вначале происходит только в от­дельных наиболее слабых участках перехода и величина про­ходящего через диод тока не стабильна. В дальнейшем ударная ионизация охватывает все большие участки электронно-дыроч­ного перехода, при этом даже незначительные превышения порого­вого напряжения вызывают резкое увеличение проходящего че­рез диод тока. Вследствие рекомбинаций части носителей зарядов в самом полупроводнике процесс ударной ионизации не увели­чивается до бесконечности, а устанавливается на некотором опре­деленном уровне.

При уменьшении обратного напряжения процесс ударной ионизации прекращается и в полупроводниковом диоде вновь восстанавливается односторонняя электропроводность.

Рассмотренный процесс обратимого пробоя справедлив только для кремниевых диодов. В германиевых диодах из-за наличия дополнительной тепловой ионизации наступает так называемый необратимый тепловой пробой. В кремниевых диодах вследствие высокой температурной стабильности кремния теплового пробоя не наступает.