Вольт-амперная характеристика(ВАХ) электронно-дырочного (p-n) перехода. Разновидности: гетеропереход, металл- полупроводник

ВАХ представляет собой зависимость тока от велечины и полярности положенного напряжения и описывается выражением: где Iо- тепловой обратный ток p-n перехода, Uд- напряжение на p-n переходе, -тепловой потенциал, равный контактной разности потенциалов на границе p-n перехода при отсутствии внешнего напряжения.
Вольт-амперная характеристика имеет две ветви: прямую, расположенную в первой части графика, и обратную, расположенную в третьей части. Обратный ток создается дрейфом через p-n-переход неосновных носителей заряда. Поскольку концентрация неосновных носителей заряда на несколько порядков ниже, чем основных, обратный ток несоизмеримо меньше прямого. - Вольтамперная характеристика р-n перехода: U — приложенное напряжение; I - ток через переход; Is — ток насыщения; Unp — напряжение пробоя.

Металл- полупроводник
Контакт «металл – полупроводник» возникает в месте соприкосновения полупроводникового кристалла n или р-типа проводимости с металлами. Происходящие при этом процессы определяются соотношением работ выхода электрона из металла и из полупроводника. Под работой выхода электрона понимают энергию, необходимую для переноса электрона с уровня Ферми на энергетический уровень свободного электрона. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела.
Переходный слой, в котором существует контактное электрическое поле при контакте «металл – полупроводник», называется переходом Шоттки.

Отличительной особенностью контакта «металл – полупроводник» является то, что в отличие от обычного p-n-перехода здесь высота потенциального барьера для электронов и дырок разная. В результате такие контакты могут быть при определенных условиях неинжектирующими, т. е. при протекании прямого тока через контакт в полупроводниковую область не будут инжектироваться неосновные носители, что очень важно для высокочастотных и импульсных полупроводниковых приборов.

Гетеропереход
Гетеропереходом называют переходный слой с существующим там диффузионным электрическим полем между двумя различными по химическому составу полупроводниками, обладающие различной шириной запрещенной зоны.

Для получения гетеропереходов хорошего качества необходимо, чтобы у материалов образующих переход с высокой точностью совпадали два параметра: температурный коэффициент расширения и постоянная кристаллической решетки. В настоящее время наиболее исследованными являются пары: германий – арсенид галлия, арсенид галлия – фосфид индия, арсенид галлия – арсенид индия, германий – кремний.

3. Прямое и обратное включение p-n перехода. Определение пробоя и его виды.
Если положительный полюс источника питания подключается к p-области, а отрицательный к n-области, то включение p-n-перехода называют прямым. При изменении указанной полярности включение pn‑перехода называют обратным.

При прямом включении p-n-перехода внешнее напряжение создает в переходе поле, которое противоположно по направлению внутреннему диффузионному полю. Напряженность результирующего поля падает, что сопровождается сужением запирающего слоя. В результате этого большое количество основных носителей зарядов получает возможность диффузионно переходить в соседнюю область.
Повышенная диффузия носителей зарядов через переход привод к повышению концентрации дырок в области n-типа и электронов в области p-типа. Такое повышение концентрации неосновных носителей вследствие влияния внешнего напряжения, приложенного к переходу, называется инжекцией неосновных носителей.

При включении p-n перехода в обратном направлении внешнее обратное напряжение создает электрическое поле, совпадающее по направлению с диффузионным, что приводит к росту потенциального барьера и увеличению ширины запирающего слоя. Все это уменьшает диффузионные токи основных носителей. Для неосновных носителе поле в p-n переходе остается ускоряющим, и поэтому дрейфовый ток не изменяется.
Таким образом, через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном током дрейфа неосновных носителей.

Пробои.
При значительном повышении Uобр возникает быстро растущий обратный ток Iобр. Это явление называется пробоем p-n перехода. Различают тепловой и электрический пробой, а электрический пробой разделяется на лавинный и туннельный.

Тепловой пробой возникает за счет интенсивной термогенерации носителей в p-n-переходе при недопустимом повышении температуры. Процесс развивается лавинообразно, т.к. увеличение числа носителей заряда вызывает рост Iобр и еще разогрев участка pn-перехода. Процесс заканчивается расплавлением этого участка и выходом прибора из строя.

Лавинный пробой обусловлен лавинным размножением носителей в p-n переходе, в результате ударной ионизации атомов быстрыми носителями заряда под действием высокого Uобр. Лавинный пробой возникает в толстых p-n-переходах где электроны успевают разогнаться и в тоже время встретиться с большим кол-вом атомов.

Туннельный проб характеризуется отрывом валентных электронов от атомов полупроводника под действ сильного электрического поля. Туннельный пробой развивается в тонких p-n-переходах, где при небольшом Uобр имеет место высокая направленность поля.
Лавинный и Тепловой пробои являются обратимыми процессами.

4. Полупроводниковые Диоды: общее устройство, обозначение на схемах, классификация, маркировка и области их применения

ПП-ый диод- это приборы с 1-им p-n переходом и 2-мя диодами(контактами)

Классификация: по назначению пп-ые диоды бывают: 1)выпрямительные; 2)специальные (варикапы, стабилитроны, тунельные, импульсные и обращённые диоды, фотодиоды)

По конструкции:плоскостные (длина>толщины); точечный(длина<толщины)

по технологии изготовления: сплавные, диффузионные и эпитаксиальные

Маркировка:первый элемент буквенно-цифрового кода обозначает исходный материал (полупроводник), на основе которого изготовлен диод. Второй-буквенный индекс, определяющий подкласс приборов. Третий элемент — цифра, определяющая один из основных признаков прибора (параметр, назначение или принцип действия). Четвёртый элемент — число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа изделия; Пятый элемент — буквенный индекс, условно определяющий классификацию по параметрам диодов, изготовленных по единой технологии.

Пп-ые диоды подразделяются на: маломощные(I 0,3A); среднемощные(0,3 ); высокомощные(силовае)-I

Применяют в: радиотехнике, ИМС, ЭВМ, персональных компьютеров и др.

5.Выпрямительные диоды: схема включения, ВАХ, параметры, классификация.

Выпрямительные диоды — диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямительные диоды используют вентильное св-воp-n перехода(пропускают ток только в одном направлении) при прямом включении.

Основные параметры выпрямительных диодов: рабоч. Диапазон(-60…+150 , 1.прямой ток Iпр -это ток, возникающий в диоде при прямом вкл.; 2.постоянное напряжение Uпр -это значение U при заданном Iпр;3. Uобр.max-это max допустимое Uобр, при котором диод может работать нормально;4. Iобр.пост –ток протекающий через диод при обратном вкл;5. Рср.max- max допустимая Рср; 6.Rдиф-R диода к переменному току

. Среди выпрямительных диодов следует особо выделить диоды Шотки, создаваемые на базе контакта металл-полупроводник и отличающиеся более высокой рабочей частотой (для 1 МГц и более), низким прямым падением напряжения (менее 0,6 В).

6. Стабилитроны; конструкция, ВАХ, принцип действия, параметры, применение.

-это пп-ый диод, используемый для стабилизации U, в своей работе используют такое св-во p-n переходы как пробой. При повышении Uвх, больше Uстабилизации стабилитрона, происходит эл. пробой стабилитрона(R снижается а I увеличивается, но U не изменяется) применяется а стабилизаторах U, в качестве источника опорного U- в электронных стабилизаторах на микросхемах.

7. импульсные диоды; конструкция, режимы работы, временная диаграмма, параметры, применение.

Импульсный диод — диод, предназначенный для работы в импульсных схемах. Положительный импульс диод пропускает без искажений и при прямом напряжении через диод проходит большой ток.Применение: Импульсные диоды предназначаются для работы в быстродействующих импульсных и логических устройствах при невысоких уровнях мощности, главным образом для эвм. И. в качестве коммутирующих элементов

Энергетическая Характеристика

максимально допустимый постоянный прямой ток, А;

максимально допустимый импульсный прямой ток, А;

максимально допустимое постоянное обратное напряжение, В;

максимально допустимое импульсное обратное напряжение, В;

обратный ток, протекающий через диод в обратном включении при приложенном к его выводам максимально допустимом постоянном напряжении, мкА;

статическое сопротивление диода в прямом включении, равное отношению падения напряжения на диоде в прямом включении к силе прямого тока, Ом;

Режим работы(импульсный)

Импульсным режимом работы называется такой режим, при котором устройство вырабатывает или находится под воздействием электрической величины, имеющей характер импульсов и перепадов. При импульсном режиме работы ток в обмотке реле обычно не успевает нарасти до установившегося значения, вследствие чего время отпускания импульсных реле зависит от длительности импульса намагничивающего тока.Структура: В импульсных схемах и узлах коммутации также находят применение т.н. p-i-n-диоды, у которых. между областями полупроводника с электронной и дырочной электропроводностью включается слой с собственной электропроводностью (i-слой). Типы и. особенности работы таких диодов подробно рассматриваются далее при описании переключательных диодов СВЧ.

Дата добавления: 2015-05-06