Свойства полупроводникового диода

Диоды

Диод – это простой электронный прибор с одним p-n переходом и двумя выводами (плоскостной) диод полупроводниковый, диод вакуумный.

ВАХ

При достижении U_обр некоторого U_пр обратный ток возрастает. Этот режим называется пробоем p-n перехода. С практической точки зрения различают два вида пробоя: электрический и тепловой.

I. Электрический пробой не опасен для p-n перехода (при отключении источника обратного напряжения свойства его полностью восстанавливаются).

Электрический пробой вызывается совместным действием двух факторов: ударная ионизация атомов, туннельный эффект.

Удельная ионизация возникает, когда под действием обратного напряжения электрон обретает энергию, достаточную для отрыва других электронов при столкновении с атомами кристаллов. При этом увеличивается количество носителей заряда и ток увеличивается.

Туннельный эффект выражается в том, что электрон с энергетического уровня области n проникает сквозь потенциальный барьер без потерь энергии на такой же энергетический уровень в области n. При увеличении напряжения U до U_кр вероятность таких переходов увеличивается, что приводит к увеличению обратного тока.

II. Тепловой пробой приводит к разрушению кристалла и является аварийным режимом. Тепловой пробой возникает при недостаточном охлаждении кристалла. Увеличивая температуру кристалла увеличиваются генерации носителей зарядов, увеличивается ток, дальнейшему повышению температуры соответствует разрушение кристалла.

Как видно из ВАХ для малых значений напряжений в проводящем направлении проводящий ток равен нулю (I_пр=0), тогда напряжение U таково, что преодолевается потенциальный барьер, ток начинает возрастать, сначала незначительно, а затем почти линейно. При отрицательном напряжении U смещающем диод в обратном направлении существует относительно небольшой обратный ток I_обр, который увеличивается при увеличении температуры. Кроме ВАХ параметры диода определяются указанием сопротивлением рабочей точки. Сопротивление диода в рабочей точке называется статическое сопротивление или сопротивление постоянному току. Оно определяется как отношение напряжения на аноде диода к току, протекающему через диод в данной точке: .

Точечный диод – это полупроводниковый диод, который вместо плоской конструкции используется конструкция, состоящая из пластины полупроводника p или n типа, образующая один электрод и металлического проводника в виде острия, являющимся другим электродом.

При сплавлении острия с пластиной образуется микропереход. Падение напряжения в прямом направлении очень мало. Эти диоды применяются для выпрямления малых токов, увеличение частоты.

Диод Шотки – это полупроводниковый диод с переход металл полупроводник вместо p-n перехода. Проводимость диода основывается на протекании и основных носителей в отличие от p-n перехода, в которых ток в проводящем направлении возникает в связи с движением не основных носителей заряда. При направлении полупроводника n-типа основными носителями являются электроны, протекающие в слой металла. Диод Шотки имеет более крупную ВАХ.

1 – Диод Шотки

2 – Точечный диод.

Диоды Шотки применяются в детекторах и смесителя в диапазоне частот вплоть до 2000 ГГц.

Идеальный диод (график ниже):

Вверх – запирающее направление;

Вправо – проводящее направление.

Резкий излом при напряжении равно нулю (U=0). В прямом направлении диод имеет нулевое сопротивление, а в обратном – бесконечно большое.

Лучше свойства имеют диоды, у которых в качестве проводника – кремний.

Стабилитрон – это полупроводник, в котором стабилизация напряжения используется эффект Зенера. Обратный ток в диоде относительно большом интервале изменения напряжения не зависит от него. Однако при достаточно большом значении обратного напряжения ток диода начинает резко возрастать.

обозначение стабилитрона.

Напряжение, зависящее от свойств перехода: ширины материала (концентрация примеси), составляет от нескольких до 1000 В и называется напряжением Зенеровского пробоя или напряжением стабилизации.

Причиной резкого увеличения тока является чрезмерное увеличение напряженности электрического поля в запирающем слое, которое вызывает два эффекта: запирающую и лавинообразную ионизацию.

Для узких переходов образующихся при сильном легировании при напряжении в несколько вольт напряженность электрического поля настолько велика, что возникает зенеровская ионизация, основанная на переходе электронов из валентной зоны материала p-типа и переносе их через барьер в зону проводимости в материал n-типа.

Лавинообразная ионизация имеет место в широких переходах при малом легировании и называется бомбардировкой атомов кристалла, ускоренными электронами, создающими обратный ток.

Столкновении электронов с атомами вызывает лавинный процесс образования новых зарядов, быстро увеличивается обратный ток.

Туннельный диод – это полупроводниковый диод, в котором благодаря использованию увеличения концентрации примесей, возникает очень узкий барьер и наблюдается туннельный переход заряда через p-n переход. Характеристика туннельного диода имеет отрицательное сопротивление, то есть область в которой положительное приращение напряжения соответствует отрицательному приращению тока. В таком диоде прохождение электрона через область барьера наблюдается при обратном смещении и даже при небольшом смещении проводящем напряжении и в котором имеет место максимальный ток. Дальнейшее увеличение напряжения смещения вызывает такое уменьшение электрического поля в барьере, что прохождение электрона через область барьера прекращается. Одновременно по мере роста напряжения увеличивается ток диода, смещенного в прямом направлении.

Туннельный эффект – значит электроны проходят не над потенциальным барьером, а под ним. Туннельный диод используется в качестве электронов с отрицательным сопротивлением.

Веракторный диод – это полупроводниковый диод p-n перехода, изготовленный по специальной метологии, в котором имеет место нелинейная зависимость емкости заряженного p-n перехода приложенного обратного напряжения U_обр.

ВАХ

Веракторные диоды называют также емкостными диодами или варикапами. Они находят применение как элементы, включаемые в резонансные контура, которые можно при этом перестраивать, изменяя напряжение на аноде. Такое решение частоты используют в радиоприемниках.

С радиоприемниками используют неудобный дорогостоящий конденсатор параллельной емкости поворотного типа.

p-i-n диоды – это полупроводниковый диод, соединяющий слой собственного полупроводника между областями p и n типа. Положительное смещение полупроводника p-типа по отношению к полупроводнику n-типа вызывает перемещение элементов из n области и одновременно дырок из p области в собственный полупроводник и сопротивление этой области уменьшается. При противоположном смещении из-за высокого сопротивления в области собственного полупроводника и большой ширины перехода (запирающего слоя) сопротивление велико. Эти диоды применяются в переключающихся устройствах как элементы с высокой скоростью переключения в технике СВЧ.

Дата добавления: 2014-01-06