Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 6. 7 februari 1948 - Icke linjära motstånd av halvledande och spärrskiktbildande material, av Bertil Stålhane
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
7 februari 19A8
73
förskjutas vid anläggande av en yttre spänning. Någon
genomsläppsriktning förefinnes givetvis inte i detta fall,
eftersom alltid en sida av det symmetriska systemet
fungerar som spärr.
Kombinationer av metall—isolatorskikt—halvledare kan
ge nära symmetrisk ventilverkan, dvs. spänningsberoende
resistans utan nämnvärd riktningsverkan såsom hos de
tidigare nämnda "enskiktmotstånden", om skiktet har
lämplig tjocklek och halvledaren lämplig ledningsförmåga.
Är halvledaren en blandledare (både överskotts- och
underskottsledande komponenter) betingas redan därav
frånvaron av nämnvärd riktningsverkan.
Kapacitans
Av särskilt intresse är den stora kapacitansen hos samtliga
ifrågavarande system. Hos riktningsventilerna varierar den
med yttre spänningen, så att den är relativt liten vid noll
och i spärriktning och stor i genomsläppsriktning, vilket
överensstämmer med frontförskjutningen i systemet. I
fig. 7 återfinnes en kurva C, som visar exempel på
kapacitansen hos den av oss studerade metall—kiselkarbid
-ventilen, mätt med liten överlagrad växelspänning. Vid en
spänning i spärriktning, som ger ström av väsentlig
storlek, växer kapacitansen ånyo hastigt. Hos
enskiktmotstånden, som saknar utpräglad spärr- och
genomsläppsriktning, är såsom tidigare nämnts kapacitansen stor i
bela arbetsområdet. Även hos aggregaten av
kiselkarbid-korn föreligger en stor kapacitans (räknat per
kornkontakt) .
En kvantitativ diskussion av kapacitansens storlek och
variation med spänningen kommer att upptas i planerade
redogörelser för en större kiselkarbidundersökning. Här
skall endast påpekas, att orsaken till de stora
kapacitan-serna inte endast ligger i spänningens koncentration till
mycket tunna skikt och stor dielektricitetskonstant i dessa
skikt, betingad av mer eller mindre långt gången
dissociation, utan även kan förklaras av de verkliga
frontför-skjutningarna vid spänningens variation.
"Förskjutningsströmmen" får här en påtaglig motsvarighet i
laddningarnas förflyttning i förhållande till gränsytorna.
Strömgenomgång i spärriktning
Inget fullständigt klarläggande finns för
strömgenomgången i riktningsventilernas spärriktning och den
hyste-resfria strömgenomgången i det symmetriska kiselkarbid—
isolator—kiselkarbid-systemet liksom i enskiktmotstånden.
Vi får räkna med överföring genom spärrskiktet vid låg
spänning genom normal ledning (termisk jonisation), vid
hög spänning genom fältjonisation och fältemission. I ett
mellanområde kan dessutom tänkas en spänningsberoende
emission genom potentialberget i skiktet, dvs. en
sannolikhet för passage av elektroner med mindre energi än
utträdesarbetet (tunneleffekt). Även strömmen över
potentialberget blir spänningsberoende redan vid låg yttre
spänning, under antagande av termisk partikelaktivering
enligt en fördelningskurva, som i nämnvärd grad går upp
i ett energiområde motsvarande utträdesarbetet
(skikt-genomgångsarbetet). Till detta spänningsberoende bidrar
också den frontförskjutning, som åtföljer en
spänningsstegring.
För aggregat av kiselkarbidkorn med normalt
kiselsyra-ytskikt (20 à 30 X 10~s cm tjocklek) föreligger "linjär"
ledningsförmåga upp till ca 0,5 V per kornkontakt,
spänningsberoende ledningsförmåga orsakad av
potentialberg-passage och frontförskjutning i området 0,5—2,5 V samt
starkt spänningsberoende ledning orsakad av fältjonisation
och fältemission i området över 2,5 V per kornkontakt.
Totalverkan blir en krökt karakteristik av tidigare
angiven typ.
Enär de olika delarna av ett skiktaggregat med väsentlig
ytstorlek icke gärna kan vara likvärdiga i spänningsnivå,
uppstår en ojämn belastning i systemet. Att denna
ojämnhet icke leder till överansträngning i vissa ytelement beror
tydligen på den seriekopplade grundresistansen, som
verkar såsom broms för lokal strömrusning. Även dessa
problem kommer att behandlas mera ingående i senare
meddelanden.
Åldring och utmattning
En principfråga av teknisk betydelse är inverkan av
strömmen i spärriktning på materialets hållbarhet.
Spärr-skiktmotstånden erbjuder liksom alla halvledarsystem
stora svårigheter i tillverkningen beträffande både
repro-ducerbarhet och stabilitet. Utom känsligheten för minsta
ändring av störningsgraden eller strukturen i halvledare
och spärrskikt, som ofta ger upphov till spontan "åldring",
och svårigheterna att åstadkomma tillförlitliga kontakter,
tillkommer eventuell inverkan av den elektriska
belastningen på spärrskiktmaterialet. Vid de fältstyrkor och
strömtätheter, som är aktuella i detta sammanhang, kan
den specifika belastningen bli mycket stor.
Den frågan är ännu öppen, om en forcerad
strömöverföring utöver systemets normala "termiska"
ledningsförmåga, alltså den spänningsberoende strömmen i
spärrriktning, betyder en påkänning, som så småningom leder
till nedbrytning av skiktmaterialet. Förändringen är
givetvis beroende av belastningens storlek. I många
tillämpningar, t.ex. med kiselkarbidmotstånd av Evilit-typ såsom
kontaktskydd vid telefonreläer, har den under flerårig
drift visat sig vara mycket liten och sakna praktisk
betydelse. Med större kontinuerlig belastning, t.ex. i vissa
regulatorkombinationer, har en långsam förändring av
resistansvärdet krävt en successiv efterreglering av kretsen.
Denna förändring kan delvis hänföras till motståndets
kontakter (sprutad metall) och möjligheten till
förbättringar i detta avseende undersökes. Det ligger i sakens
natur, att dessa undersökningar blir tidskrävande,
eftersom det gäller mångåriga försöksperioder. I varje fall bör
risken för åldrings- och utmattningsfenomen av olika slag
framhållas i detta sammanhang, eftersom de är
principiellt knutna till system av ifrågavarande slag.
Litteratur
1. Stålhane, B & Pyk, S: Spänningsberoende motstånd för
ven-tilavledare, Tekn. T. 69 (1939) s. E 125.
2. Stålhane, B: Spänningsberoende motstånd inom
lågspännings-tekniken, Tekn. T. 73 (1943) s. E 53.
3. Stålhane, B: Spännings- och strömberoende motstånd,
Ingeniören 1946 h. 10.
4. Mött, N F & Gurney, B W: Electronic processes in ionic
crystals, Oxford 1940.
5. Seitz, F: The basic principles of semi-conductors; Maurer,
B J: The electrical properties of semi-conductors, J. appl. Phys. 16
(1945) s. 553.
6. Becker, J A, Green, C B & Pearson, G L: Properties and
uses of thermistors, Electr. Engng 65 (1946) Träns. s. 711. Bell
Syst. Techn. J. 26 (1947) s. 1, 170. Jfr Pearson, G L: Thermistors,
their characteristics and uses, Bell. Labor. Bec. 19 (1940—1941) s. 106.
7. Bosenberg, W: .4 milliwattmeter for power measurements in
the super frequency band of 8 700—10 000 Mc/s, J. Sci. Instr. 24 (1947)
s. 155.
8. van der Willingen, P: Selbsttåtige Anlasswiderstände, Philips
techn. Bds. 1 (1936) s. 205; Sachse, H: Temperaturabhängige
Wider-stände, Siemens Z. 19 (1939) s. 214.
9. Mulder, J: Stromregulatorröhren, Philips techn. Bds. 3 (1938)
s. 74.
10. Bydbeck, G: överspänningsskydd och stationsisolation, Tekn. T.
69 (1939); Svensson, B: överspänningsfrågan — några praktiska
erfarenheter, Tekn. T. 73 (1943) s. E 45; Lundholm, B:
överspänningar och överspänningsskydd, Skr. Sv. Teknlg Fören. 1944 nr 15;
Vrethem, Ä: Åskan, åsköverspänningarna och elektriska
försörjningen, Kosmos 1944 s. 88.
11. Saville, W, Baker, G T & Connon, J B: Atmite, Strowger J.
5 (1939) h. 1.
12. Grisdale, B O: Silicon Carbide Varistors, Bell Labor. Bec. 19
(1940) s. 46.
13. Sillars, B W: Metrosil, Metropolitan-Vickers Gaz. 20 (1944)
s. 204.
14. Ashworth, F, Needham, W & Sillars, B W: Silicon carbide
non-ohmic resistors, J. Inst. Electr. Eng. 93: 1 (1946) s. 385, 595.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
