Зависимость параметров полупроводниковых приборов от температуры

Параметры полупроводниковых приборов в значительной степени зависят от температуры p-n-переходов, корпуса прибора и окружающей среды, оптимальной является температура окружающей среды в диапазоне -5/+40 °С.

При работе в полупроводниковых приборах рассеивается часть подводимой к ним электрической мощности. Вследствие этого температура внутренних областей и корпуса полупроводникового прибора превышает температуру окружающей среды. Температура p-n-переходов и внутренних областей полупроводниковых приборов является важным фактором, от которого зависит работоспособность этих приборов. Для полупроводниковых диодов, как правило, задается максимальная температура корпуса tк.макс при оговоренных величинах токов через прибор и обратных напряжений, так как переход диода всегда имеет хороший тепловой контакт с корпусом.

Для транзисторов задается максимальная температура области коллекторного перехода tп.макс, так как там происходит выделение большей части рассеиваемой электрической мощности. Повышение внутренней температуры p-n-перехода приводит к постепенному старению транзистора, а также к необратимым изменениям, в результате которых транзистор может выйти из строя. Необратимые изменения в полупроводниковых приборах практически происходят при температурах перехода 100 °С для приборов, выполненных на основе германия, и 200 °С для приборов, выполненных на основе кремния.

Максимальная температура tп.макс указывается в справочниках. Под максимальной рабочей температурой следует понимать не среднюю, а мгновенную температуру, так как при импульсном режиме работы мгновенная температура может быть значительно выше средней.

Для нормальной работы полупроводниковых приборов необходимо, чтобы температура переходов была всегда ниже предельной. Число отказов уменьшается в 2 раза, если температура p-n-переходов ниже предельной на 10 °С.

При повышении температуры снижаются передельные данные полупроводниковых приборов. Так, у выпрямительных диодов при повышении температуры p-n-перехода сильно увеличивается обратный ток, который может достичь такой величины, что диод потеряет свои выпрямительные свойства. С ростом температуры у германиевых диодов уменьшается величина пробивного напряжения.

У кремниевых стабилитронов при повышении температуры перехода падает напряжение стабилизации.

У тиристоров с повышением температуры возрастают токи утечки в выключенном состоянии, возрастает время и уменьшается ток выключения. При повышении температуры некоторые тиристоры могут самопроизвольно включаться, что приведет к нарушению работы устройств, в которых они применяются.

При повышении температуры у транзисторов снижаются предельные данные (мощность, напряжение, ток) и изменяются почти все их параметры. Например, для маломощных транзисторов мощность рассеяния снижается на 10 мвт при повышении температуры на каждые 5 °С.

Необходимо учитывать, что приводимые в справочниках максимальные мощности рассеяния являются предположительными, так как они могут быть реализованы только при определенных условиях окружающей среды (до 20-25 °С), нормальном давлении и идеальных радиаторах, чего на практике почти никогда на бывает. Поэтому для обеспечения надежности полупроводниковых приборов должно уделяться серьезное внимание их охлаждению - расчету и выбору теплоотвода.