Утечка (электроника)

В электронике конденсатора утечка — это постепенная передача электрической энергии через границу, обычно рассматриваемую как изолирующая , например, самопроизвольный разряд заряженного , магнитная связь трансформатора с другими компонентами или протекание тока через транзистор в «выключенном» состоянии. обратной поляризации состояние или диод .

В конденсаторах

Постепенная потеря энергии заряженного конденсатора в первую очередь вызвана подключенными к конденсаторам электронными устройствами, такими как транзисторы или диоды, которые проводят небольшой ток даже в выключенном состоянии. Несмотря на то, что этот ток отключения на порядок меньше тока через устройство во включенном состоянии, ток все равно медленно разряжает конденсатор. Другой причиной утечки из конденсатора является нежелательное несовершенство некоторых диэлектрических материалов, используемых в конденсаторах, также известное как утечка в диэлектрике . Это результат того, что диэлектрический материал не является идеальным изолятором и не имеет некоторой ненулевой проводимости, что позволяет утечки протекать току , медленно разряжая конденсатор. ^[1]

Другой тип утечки возникает, когда ток вытекает из намеченной цепи, а не течет по альтернативному пути. Такая утечка нежелательна, поскольку ток, протекающий по альтернативному пути, может вызвать повреждение, пожар, радиочастотный шум или поражение электрическим током. ^[2] Утечку этого типа можно измерить, наблюдая, что ток в одной точке цепи не совпадает с потоком в другой. Утечка в системе высокого напряжения может оказаться фатальной для человека, находящегося в контакте с утечкой, например, когда человек случайно заземляет высоковольтную линию электропередачи. ^[3]

Между электронными узлами и схемами

Утечка может также означать нежелательную передачу энергии из одной цепи в другую. Например, магнитные линии потока не будут полностью заключены в сердечнике силового трансформатора ; другая схема может подключиться к трансформатору и получить некоторую утечку энергии на частоте электрической сети, что вызовет слышимый шум в аудиоприложении. ^[4]

Ток утечки — это также любой ток, который течет, когда идеальный ток равен нулю. Так обстоит дело с электронными сборками, когда они находятся в дежурном, отключенном или «спящем» режиме ( дежурном питании ). Эти устройства могут потреблять один или два микроампера в состоянии покоя по сравнению с сотнями или тысячами миллиампер при полной работе. Эти токи утечки становятся важным фактором для производителей портативных устройств из-за их нежелательного воздействия на время работы от батареи для потребителя. ^[5]

Когда сетевые фильтры используются в силовых цепях, питающих электрический или электронный узел, например, преобразователь частоты или преобразователь переменного/постоянного тока, токи утечки будут протекать через конденсаторы «Y», которые подключены между фазным и нейтральным проводниками. заземляющий или заземляющий проводник. Ток, протекающий через эти конденсаторы, обусловлен импедансом конденсаторов на частотах линии электропередачи. ^[6]^[7] Некоторая величина тока утечки обычно считается допустимой, однако чрезмерный ток утечки, превышающий 30 мА, может создать опасность для пользователей оборудования. В некоторых приложениях, например, в медицинских устройствах, контактирующих с пациентами, допустимая величина тока утечки может быть весьма низкой, менее 10 мА.

В полупроводниках

В полупроводниковых устройствах утечка — это квантовое явление, при котором подвижные носители заряда (электроны или дырки ) туннелируют через изолирующую область. Утечка увеличивается экспоненциально по мере уменьшения толщины изолирующей области. Туннельная утечка также может возникать через полупроводниковые переходы между сильно легированными полупроводниками P-типа и N-типа . Помимо туннелирования через изолятор затвора или переходы, носители также могут просачиваться между клеммами истока и стока металлооксидно-полупроводникового (МОП) транзистора . Это называется подпороговой проводимостью . Основной источник утечки возникает внутри транзисторов , но электроны также могут просачиваться между межсоединениями. Утечка увеличивает энергопотребление и, если она достаточно велика, может привести к полному отказу схемы.

Утечки в настоящее время являются одним из основных факторов, ограничивающих повышение производительности процессоров компьютеров. Усилия по минимизации утечки включают использование напряженного кремния , диэлектриков с высоким κ и/или более сильных легирующих примесей в полупроводнике. Сокращение утечек для соблюдения закона Мура потребует не только новых материальных решений, но и правильного проектирования системы.

Определенные типы производственных дефектов полупроводников проявляются в виде повышенных утечек. Таким образом, измерение утечек, или Iddq-тестирование , — это быстрый и недорогой метод обнаружения дефектных микросхем.

Повышенная утечка — это распространенный вид отказа, возникающий в результате некатастрофической перегрузки полупроводникового устройства, когда переход или оксид затвора подвергаются необратимым повреждениям, недостаточным для того, чтобы вызвать катастрофический отказ . Чрезмерное напряжение оксида затвора может привести к возникновению тока утечки, вызванного напряжением .

В биполярных транзисторах ток эмиттера представляет собой сумму токов коллектора и базы. я _{е знак} равно я _с + я _б . Ток коллектора состоит из двух компонентов: неосновных носителей и основных носителей. Ток меньшинства называется током утечки. ^{[ нужны разъяснения ]}.

В полевых транзисторах с гетероструктурой (HFET) утечка затвора обычно объясняется высокой плотностью ловушек, находящихся внутри барьера. До сих пор наблюдалось, что утечка затвора GaN HFET остается на более высоком уровне по сравнению с другими аналогами, такими как GaAs. ^[8]

Ток утечки обычно измеряется в микроамперах. Диод с обратным смещением чувствителен к температуре. Ток утечки необходимо тщательно проверять в приложениях, работающих в широком диапазоне температур, чтобы знать характеристики диода.

См. также

Ссылки

^ Информация Associated Research Tech. Архивировано 16 октября 2006 г. в Wayback Machine.
^ Проблемы с утечкой
^ «Глоссарий из System Connection» . Архивировано из оригинала 1 декабря 2008 г. Проверено 9 сентября 2009 г. {{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
^ Глоссарий из Electric Fence , заархивировано 8 октября 2011 г. в Wayback Machine.
^ Рекомендации по применению Keysight Technologies: увеличение производительности тестирования адаптера батареи постоянного тока в несколько раз.
^ Шаффнер - Токи утечки в сетевых фильтрах
^ Схемы измерения тока утечки
^ Рахбардар Мохавер, Хасан; Вализаде, Пуя (апрель 2016 г.). «Обратный ток затвора AlGaN/GaN HFET: свидетельства утечки на боковых стенках Mesa» . Транзакции IEEE на электронных устройствах . 63 (4): 1444–1449. дои : 10.1109/TED.2016.2529301 . ISSN 0018-9383 . S2CID 43162250 .

[1] Информация Associated Research Tech. Архивировано 16 октября 2006 г. в Wayback Machine.

[2] Проблемы с утечкой

[3] «Глоссарий из System Connection» . Архивировано из оригинала 1 декабря 2008 г. Проверено 9 сентября 2009 г. {{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )

[4] Глоссарий из Electric Fence , заархивировано 8 октября 2011 г. в Wayback Machine.

[5] Рекомендации по применению Keysight Technologies: увеличение производительности тестирования адаптера батареи постоянного тока в несколько раз.

[6] Шаффнер - Токи утечки в сетевых фильтрах

[7] Схемы измерения тока утечки

[8] Рахбардар Мохавер, Хасан; Вализаде, Пуя (апрель 2016 г.). «Обратный ток затвора AlGaN/GaN HFET: свидетельства утечки на боковых стенках Mesa» . Транзакции IEEE на электронных устройствах . 63 (4): 1444–1449. дои : 10.1109/TED.2016.2529301 . ISSN 0018-9383 . S2CID 43162250 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]