В электронике утечка — это постепенная передача электрической энергии через границу, обычно рассматриваемую как изолирующая , например, самопроизвольный разряд заряженного конденсатора , магнитная связь трансформатора с другими компонентами или протекание тока через транзистор в «выключенном» состоянии или диод с обратной поляризацией .
Постепенная потеря энергии из заряженного конденсатора в первую очередь вызвана электронными устройствами, подключенными к конденсаторам, такими как транзисторы или диоды, которые проводят небольшое количество тока, даже когда они выключены. Несмотря на то, что этот ток выключения на порядок меньше тока через устройство, когда оно включено, ток все равно медленно разряжает конденсатор. Другим фактором утечки из конденсатора является нежелательное несовершенство некоторых диэлектрических материалов, используемых в конденсаторах, также известное как утечка диэлектрика . Это результат того, что диэлектрический материал не является идеальным изолятором и имеет некоторую ненулевую проводимость, позволяя току утечки течь, медленно разряжая конденсатор. [1]
Другой тип утечки происходит, когда ток вытекает из предполагаемой цепи, вместо этого протекая через какой-то альтернативный путь. Этот тип утечки нежелателен, поскольку ток, текущий через альтернативный путь, может вызвать повреждения, пожары, радиочастотные помехи или поражение электрическим током. [2] Утечку этого типа можно измерить, наблюдая, что ток в какой-то точке цепи не соответствует потоку в другой точке. Утечка в высоковольтной системе может быть фатальной для человека, контактирующего с утечкой, например, когда человек случайно заземляет высоковольтную линию электропередачи. [3]
Утечка может также означать нежелательную передачу энергии из одной цепи в другую. Например, магнитные линии потока не будут полностью ограничены сердечником силового трансформатора ; другая цепь может соединиться с трансформатором и получить некоторую утечку энергии на частоте электрической сети, что вызовет слышимый гул в аудиоприложении. [4]
Ток утечки — это также любой ток, который течет, когда идеальный ток равен нулю. Так обстоит дело в электронных сборках, когда они находятся в режиме ожидания, отключены или «спящем» режиме ( режиме ожидания ). Эти устройства могут потреблять один или два микроампера в состоянии покоя по сравнению с сотнями или тысячами миллиампер в режиме полной эксплуатации. Эти токи утечки становятся существенным фактором для производителей портативных устройств из-за их нежелательного влияния на время работы батареи для потребителя. [5]
Когда сетевые фильтры используются в силовых цепях, питающих электрическую или электронную сборку, например, частотно-регулируемый привод или преобразователь переменного тока в постоянный, токи утечки будут протекать через конденсаторы «Y», которые подключены между фазным и нейтральным проводниками к заземляющему или заземляющему проводнику. Ток, протекающий через эти конденсаторы, обусловлен сопротивлением конденсаторов на частотах линии электропередачи. [6] [7] Некоторое количество тока утечки обычно считается приемлемым, однако чрезмерный ток утечки, превышающий 30 мА, может создать опасность для пользователей оборудования. В некоторых приложениях, например, в медицинских приборах с контактом с пациентом, приемлемое количество тока утечки может быть довольно низким, менее 10 мА.
В полупроводниковых приборах утечка представляет собой 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 может также происходить через полупроводниковые переходы между сильно легированными полупроводниками P-типа и N-типа . Помимо туннелирования через изолятор затвора или переходы, носители также могут протекать между выводами истока и стока транзистора металл-оксид-полупроводник (МОП) . Это называется подпороговой проводимостью . Основной источник утечки находится внутри транзисторов , но электроны также могут протекать между межсоединениями. Утечка увеличивает энергопотребление и, если она достаточно велика, может привести к полному отказу схемы.
Утечка в настоящее время является одним из основных факторов, ограничивающих повышение производительности процессора компьютера. Усилия по минимизации утечки включают использование напряженного кремния , диэлектриков с высоким κ и/или более высоких уровней легирования в полупроводнике. Сокращение утечки для продолжения закона Мура потребует не только новых материальных решений, но и надлежащего проектирования системы.
Определенные типы дефектов производства полупроводников проявляются в виде повышенной утечки. Таким образом, измерение утечки, или тестирование Iddq , является быстрым и недорогим методом обнаружения дефектных чипов.
Повышенная утечка является распространенным видом отказа, возникающим в результате некатастрофического перенапряжения полупроводникового прибора, когда переход или оксид затвора получают постоянное повреждение, недостаточное для того, чтобы вызвать катастрофический отказ . Перенапряжение оксида затвора может привести к току утечки, вызванному напряжением .
В биполярных транзисторах ток эмиттера равен сумме токов коллектора и базы. I e = I c + I b . Ток коллектора имеет две составляющие: неосновные носители и основные носители. Неосновной ток называется током утечки [ необходимо разъяснение ] .
В гетероструктурных полевых транзисторах (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. Для диода с обратным смещением он чувствителен к температуре. Ток утечки должен быть тщательно исследован для приложений, работающих в широком диапазоне температур, чтобы узнать характеристики диода.
{{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )