ШУМЫ В ОБЛАСТИ ПРОБОЯ р-п ПЕРЕХОДА

Шумы в области пробоя р-п перехода значительно пре­вышают уровень дробового шума (3.1). Имеется несколько причин такого увеличения шума.

Шумы у начала области лавинного пробоя.

В высоко­вольтных диодах (например, в кремниевых с Unp > 7 в), где пробой проходит в виде лавинного умножения носителей, большие шумы наблюдаются у начала пробивной области. На осциллограмме происходящий' процесс представля­ется в виде последовательности импульсов с беспорядоч­ными амплитудами и фазами. В цепи с высоким сопротив­лением эти импульсы близки к треугольным, а в цепи с низ­ким сопротивлением — к прямоугольным. Несмотря на колебательный характер процесса, спектр его на низких частотах является равномерным. У частоты повторений импульсов спектр имеет подъем и далее резкий спад. Интен­сивность шума (на участке вольтамперной характеристики, где он наблюдается) слабо зависит от смещения на диоде. Начало лавинного пробоя проходит по так называемым «микроплазмам» — участкам р-п перехода размером — Ю-3 — Ш-4 см.

Рассматриваемый шум объясняется возникновением и рассасыванием микроплазм. Процессы в микроплазмах ана­логичны процессам при пробое по всему переходу. При возникновении микроплазмы на этом участке появляется отрицательное сопротивление и напряжение падает; при рассасывании микроплазмы напряжение снова возрастает. Наблюдаемые амплитуды импульсов шума близки к падению напряжения на участке отрицательного сопротивления рп перехода. Эти амплитуды в среднем возрастают с ростом пробивного напряжения и составляют от —10 мв для диодов с пробивным напряжением £Упр = 10 в до ~1 — 4 в для диодов с Unp — 100 в. Частота следования этих импульсов (положение максимума и предельная частота спектра шума) может быть оценена по постоянной времени перехода RC. При больших сопротивлениях внешней цепи эта частота составляет —1 — 2 Мгц для диодов с £/пр = 10 в и -—100 кгц при Unp = 100 в. С ростом температуры интенсивность шума переключения микроплазм падает [15]. На вольтамперной характеристике диода иногда наблюдается несколько участ­ков с такими шумами. Это объясняется микронеоднорсдиос-тями р-п перехода. Предложена математическая теория шума переключения микрбплазм как шума случайно дей­ствующего выключателя с двумя положениями: включено — выключено. Расчет приводит к выражению со спектром вида (3.9) [16].

У диодов с однородным переходом микроплазменный шум и диапазон напряжений, в котором он генерируется, малы. По-видимому, это связано с тем, что напряжения пробоя отдельных микроплазм близки друг к другу. Удалось изго­товить диоды с весьма малой площадью перехода, где имеется только одна микроплазма. Микроплазменные колебания таких диодов обладают близкими к расчетным значениям уровнем и спектром шума и могут быть использованы как эталонные источники шума.