Полупроводниковые приборы — диод. Принцип работы и назначение диодов

Диодом импульсного типа называют диод имеющий малую длительность переходных процессов и являющийся составной частью импульсной схемы, работающей на высокой частоте.

Для данных целей наиболее подходят диоды с оптимизированными собственными ёмкостью и временем, требующимся на то, чтобы обратное сопротивление восстановилось. Достижение необходимого показателя по первому параметру происходит при уменьшении длины и ширины p-n — перехода, это соответственно сказывается и на уменьшении допустимых мощностей рассеивания.

По второму — при использовании сильно легитированных полупроводниковых элементов (например, легитация кремниевых пластины используется золото).

Для диодов импульсного типа свойственно наличие:

• Малых значений предельных импульсных токов (максимально исчисляются в нескольких сотнях мА);

• Малых значений предельных обратных напряжений (максимально — десятки вольт).

Величина барьерной ёмкости у диода импульсного типа в большинстве случаев составляет меньше 1пФ (пико Фарад). Что до времени жизни неосновных носителей, то оно не превышает 4 нс.

Для диодов данного типа характерна способность к пропусканию импульсов продолжительностью не более микросекунды при токах с широкой амплитудой. Если диод точечный (в смысле конструкции), то ему свойственно работать на частотах около 1ГГц.

Типы импульсной диодной конструкции:

• Планарная;
• Меза-планарная;
• Сплавная;
• Сварная.

Диод (импульсный) имеет широкий спектр областей применения, в том числе, с его помощью можно сконструировать электронный ключ, генератор, модулятор, формирователь импульсов и демпфер.

По сути импульсный диод выполняет те же функции, что и стандартный диод полупроводникового типа, обладающий p-n — переходом. В момент воздействия прямого напряжения он демонстрирует хорошую электропроводность. Кроме того, в случае смены полярностей происходит перекрывание диода. Перекрывается он не в одно мгновение, а в несколько этапов:

• Увеличивается сила обратного тока;
• Рассасываются неосновные носители;
• Протекает восстановление высокого сопротивления на p-n — переходе;
• Диод заперт.

По каким параметрам следует оценивать импульсный диод:

1. По общей ёмкости.
2. По максимальному прямому напряжению.
3. По максимальному импульсному току.
4. По временному промежутку, требующемуся на то, чтобы после импульсного воздействия прямым током было достигнуто требуемое значение по прямому напряжению (этот параметр зависит от того, насколько быстро будут передвигаться неосновные носители заряда (ННЗ) от перехода по направлению к базе, что приводит к тому, что сопротивление на самой базе снижается).
5. По временному промежутку, требующемуся на восстановление обратного сопротивления. Начало отсчета происходит в тот миг, когда ток пропускается через «0» (после того, как была измерена полярность приложенного напряжения), а конец — когда будет достигнуто заданное малое значение.

Феномен восстановительного периода обуславливается существованием заряда, накопившегося в диодной базе в то время, когда подавался импульс. Чтобы запереть диод, потребуется тем или иным способом избавиться от этого заряда.

Это может произойти благодаря рекомбинациям и возвращению ННЗ в зону эмиттера. Данное действие оказывает влияние на обратный ток, его сила возрастает. После смены полярностей напряжения в течение определённого временного интервала изменений обратного тока, который ограничивается лишь воздействием внешнего сопротивления цепи, практически не происходит. В то же время ННЗ, скопившиеся в диодной базе во время подачи импульса, рассасываются.

По завершении некоторого временного отрезка ННЗ рядом с переходом приобретают равновесную концентрацию, однако, в более глубинной части базы заряд по-прежнему остаётся неравновесным. Но на данный момент значение обратного диодного тока становится статическим. Полностью он перестанет изменяться, когда скопившийся внутри базы заряд полностью рассосётся.

Диод Шоттки

Для импульсных цепей быстрого действия характерно применение диодов с барьером Шоттки. В таких устройствах зона перехода располагается в месте сцепления металла и полупроводника. Сконструированные подобным образом диоды не требуют дополнительного времени, чтобы заряды внутри базы накапливались, а потом рассасывались. Ключевым параметром здесь становится лишь та скорость с которой перезаряжается барьерная ёмкость.

По своим вольт-амперным характеристикам диоды Шоттки весьма схожи с диодами, работа которых основана на действии p-n — перехода. Вся разница заключается в том, что на первых восьми — десяти десятках приложенного напряжения, график действия практически точно движется по экспоненте, при этом объёмы обратных токов крайне невелики (до нескольких десятков нА).

С точки зрения конструкции диоды данного типа представляют собой полупроводниковую пластину (материал: низкоомный кремний), покрытую эпитаксиальной плёнкой (высокоомной), имеющей аналогичную по типу электропроводность. Сама плёнка тоже имеет покрытие в виде вакуумного металлического напыления.

К сфере применения диодов Шоттки можно также отнести выпрямители больших токов и логарифмирующие устройства. Подробней про диод Шоттки

Выпрямительный диод

Чтобы получить однополярное пульсирующее напряжение при выпрямлении переменного, обычно применяется выпрямительный диод. Действие пульсирующего напряжения сглаживается (обычно с помощью конденсатора) и на выходе оно становится постоянным. Конструирование выпрямительного диода аналогично конструированию его плоскостной разновидности. Это обусловлено их низкочастотным режимом работы и большой силой прямого тока, идущего по электронно-дырочному переходу.

Для выпрямительных диодов малой мощности свойственно рассеивание собственной тепловой энергии посредством собственной же внешней оболочки, как следствие, они не нуждаются в охлаждающих устройствах. Выпуск выпрямительных диодов возможен как в форме дискретного компонента, так и в виде диодных сборок.

Величина обратного напряжения для выпрямительного диода, превышающий максимально допустимый, может стать причиной пробоя. Предотвратить это возможно последовательным соединением группы предварительно шунтированных диодов (шунтирование при помощи высокоомного резистора позволяет равномерно распределить напряжение по всем компонентам).

Негативное действие прямого тока излишней силы можно минимизировать и даже предотвратить при помощи параллельно соединённых диодов. Показания по сопротивлению, даже для диодов от одного изготовителя и произведённых в одно время, могут сильно разниться. Поэтому, для сохранения целостности диода с более низкими показателями, производится последовательное подключение к низкоомным резисторам. Это способствует уравниванию силы проходящих внутри диодов прямых токов.

Лазерный диод

Под термином лазер понимается излучение монохроматического типа в оптическом волновом диапазоне, получаемое при помощи квантовых генераторов. Лазеры, конструкция которых базируется на полупроводниках выступают инструментом создания лазерных диодов. В качестве базы для конструирования диодов требуется использование плоскостного электронно-дырочного перехода. Он формируется при помощи полупроводника, имеющего проводимость электронного типа (к примеру, арсенид галлия).

Конструкция лазерного диода

Между гранями полупроводниковых пластин, выступающих в качестве основы образования электронно-дырочного перехода, служат для формирования резонатора Фабри-Перо. Фотоны внутри этого своеобразного «коридора» отражаются от стен тысячи раз, до того как покинуть его. Концентрированность электронов для более высоких энергетических уровней первоначально меньше, чем для более низких.

Электронную инжекцию в зону дырочной проводимости производят при осуществлении прямого включения от внешнего источника питания. Также это способствует осуществлению электронной рекомбинации на месте, где электронно-дырочный переход граничит с остальной частью диода (эта зона составляет меньше двух микрометров). Всё это происходит при параллельном выделении фотонов.

Далее электроны всё больше концентрируются в области верхних энергетических уровней, до того момента, пока не превысят уровень концентрации электронов внизу. После многократное отражение уже имеющихся и появление новых индуцирующих фотонов приведёт к формированию монохроматического светового излучения, покидающего стены лазерного диода посредством специального окошка.

Необходимо помнить, что лазер применим лишь в целях создания, но не увеличения силы импульсов

Ввиду того, что использование трансформатора вне дома не несёт никакой пользы, то здесь импульсные преобразователи энергии оказываются весьма уместны. Ведь они способны используя абсолютно любую батарею или аккумулятор, формировать нужный уровень напряжения.

Диоды импульсных источников питания (импульсных силовых блоков, импульсных блоков питания), обеспечивающие их работоспособность, были описаны выше. Применение той или иной разновидности зависит от того, какие конкретно свойства и параметры требуется получить при создании конкретного блока питания. Самостоятельное конструирование подобных блоков не представляет особой сложности, но, тем не менее, это тема, требующая отдельного обсуждения.

Импульсные диоды.

Это обычные диоды, с обычной ВАХ, однако работающие в режиме переключения. Их область применения – цифровые схемы, элементы которых находятся либо в открытом состоянии «0», либо в закрытом «1». Поэтому в этом приложении представляют интерес временные параметры диода: как быстро он переходит из закрытого в открытое состояние и наоборот. На рис. показан импульсный диод на основе несимметричного контакта. Примем условие, что эмиттер имеет n – проводимость. Это дает основание рассматривать поведение и ток только электронов. При обратной несимметрии вся сказанное будет относиться к дыркам.

Рассмотрим процессы при переключении. Подадим на него прямое напряжение – идеальную ступень, рис. а). первоначально начнут движение электроны обладающие наибольшей энергией, находящиеся непосредственно вблизи p-n перехода, далее к ним присоединятся те, которые находятся внутри n области. Таким образом, из за различия энергий носителей постепенно увеличивается их число, постепенно увеличивается и прямой ток. Этот процесс во времени показан на рис. б), а для оценки вводится параметр tуст – время установления открытого состояния. При большом времени ток не меняется и в области «p» перехода скапливается большое количество неосновных носителей, электронов. Возникает неравновесная концентрация носителей в p области кристалла.

Подадим на переход столь же резко изменяющуюся обратную полярность напряжения. Неравновесные электроны накопившиеся в «p» области начнут выводится под действием электрического поля в «n» область. Концентрация их велика, поэтому обратный ток в течении какого – то времени будет большим. Эта стадия процесса показана на рис. б), как t1. в конце концов, процесс вывода закончится, переход становится в закрытое состояние. Теперь есть две полупроводящие области p и n b и слой диэлектрика между ними. Это конденсатор, который начинает заряжаться под действием обратного напряжения. Ток заряда будет уменьшаться по закону экспоненты, на рис. б) это время t2. В целом время восстановления закрытого состояния равно t1+t2=tвосст.

Рис. Импульсный диод

Рис. Процессы в импульсном диоде.

Обычно t восст. >> чем t восст. Для улучшения параметров диода для изготовления используются материалы с высокой подвижностью носителей (Ge), площадь перехода делают маленькой, применяют p-i-n структуры. Пример применения импульсного диода приведен на рис. Форма напряжения на нагрузочном сопротивлении повторяет форму тока на рис.

Рис. Работа импульсного диода

Полупроводниковые материалы. Структура, связь атомов в кристаллической решеткою. Образование носителей заряда в собственных и примесных полупроводниках.

Полупроводниками являются, как правило, твердые тела срегулярной кристаллической структурой (монокристаллы). Их кристаллическая решетка состоит из множества повторяющихся и примыкающих друг к другу элементарных ячеек.

Разновидности кубической решетки:

Простая кубическая решетка

Кубическая объемо-центрированная решетка

-кубическая гранецентрированная решетка

-решетка типа алмаз

Контактные явления. Классификация. Электронно-дырочный переход. Образование, принцип работы р-п перехода в равновесном и неравновесном состояниях. Вольт-амперные характеристики. Эффект электрического поля.

Переходы между двумя областями полупроводника с различным типом электропроводности называют электронно-дырочными или р- n-переходами . .

Анализ равновесного р-n- перехода

Высота равновес­ного потенциального барьера определяется разностью электроста­тических потенциалов в р- и n- Dj o = j Ep – j En .

Dj o = j Т ln (n n о р р o / n i 2)

равновесная высота потенциального барьера определяется отноше­нием концентраций однотипных носителей (электронов или дырок) по обе стороны перехода, на его границах:

Dj o = j Т ln (n n о / n р o );Dj o = j Т ln (p p о / p no)ширина потенциального барьера в несимметричном переходе:

l o = Ö(2e o eDj o) / (qN ) ,

ширина равно­весного плавного перехода в следующем виде:l o = 3 Ö(9e o eDj o) / (qN"), где N" - градиент эффективной концен­трации. Поскольку градиент одинаков в обеих частях перехода, то и ширина l o делится поровну между n- и р -слоями, т. е. плавный переход симметричен.

Анализ неравновесного р-n- перехода

Если подключить источник ЭДС U между р- и n- слоями, то равновесие пе­рехода нарушится и в цепи потечет ток. Удельное сопротивление обедненного слоя намного выше, чем удельные сопротивления ней­тральных слоев, поэтому внешнее напряжение практически полностью падает на пере­ходе, а значит, изменение высоты потенциального барь­ера равно значению при­ложенной ЭДС.

Когда ЭДС U приложена плюсом к р- слою, высота барьера уменьшается

Dj = Dj о – U .

Напряжение такой полярности является прямым. При отри­цательном потенциале на p- слое высота барьера увеличивается и знак минус следует изменить на плюс.

ширину неравновесного барьера в виде

l = Ö(2e o e(Dj o – U )) / (qN ).

Полупроводниковые диоды. Классификация. Выпрямительный полупроводниковый диод, стабилитрон, светодиод, фотодиод, диод Шоттки. Принципы работы, характеристики, параметры, области применения диодов.

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним электрическим р-n- переходом и двумя выводами. Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода - контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом. В зависимости от технологических процессов, использованных при их изготовлении, различают точечные диоды , сплавные и микросплавные , с диффузионной базой , эпитаксиальные и др. По функциональному назначению диоды делят на выпрямительные , универсальные, импульсные, переключающие, умножительные, стабилитроны (опорные), туннельные, параметрические, фотодиоды, светодиоды, магнитодиоды, и т. д.

Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных р-n- переходов. Низкоомную область диодов называют эмиттером , а высокоомную – базой . Для создания переходов с вентильными свойствами используют р-n- , р-i , n-i- переходы, а также переходы металл – полупроводник.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в импульсных цепях. От выпрямительных диодов они отличаются малыми емкостями р-n-перехода (доли пикофарад) и рядом параметров, определяющих переходные характеристики диода.

Диод Шоттки - полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении.

Светодиод - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников.

Фотодиод - приёмник оптического излучения , который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

Принцип работы:

При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей - дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода C p-n

Фотодиод может работать в двух режимах:

· фотогальванический - без внешнего напряжения

· фотодиодный - с внешним обратным напряжением

Стабилитрон – полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения.

Варикап – нелинейный управляемый конденсатор. В полупроводниковых диодах зависимость барьерной емкости от напряжения нелинейна, поэтому любой полупроводниковый прибор с р-n- переходом, в принципе, может быть использован как конденсатор с емкостью, управляемой напряжением.

В туннельных диодах носители заряда проходят сквозь потенциальный барьер за счет туннельного эффекта.

Импульсные свойства диодов. Пояснить на характеристиках и объяснить, какими физическими явлениями эти свойства обусловлены.

Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в импульсных цепях. От выпрямительных диодов они отличаются малыми емкостями р-n- перехода и рядом параметров, определяющих переходные характеристики диода. Уменьшение емкостей достигается за счет уменьшения площади р-n- перехода, поэтому допустимые мощности рассеяния у них невелики (30–40 мВт).

Основные параметры импульсных диодов:

● общая емкость диода С д, (доли пФ – несколько пФ);

● максимальное импульсное прямое напряжение U пр и мах;

● максимально допустимый импульсный ток I пр и мах;

● время установки прямого напряжения диода t уст

● время восстановления обратного сопротивления диода t вос

Наличие времени восстановления обусловлено зарядом, накопленным в базе диода при инжекции. Для запирания диода этот заряд должен быть «ликвидирован». Это происходит за счет рекомбинаций и обратного перехода не основных носителей заряда в эмиттер.

В быстродействующих импульсных цепях широко используют диоды Шоттки (ДШ), в которых переход выполнен на основе контакта металл – полупроводник. Структура ДШ показана на рис. 3.2 е . У этих диодов не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов в базе. В ДШ токопрохождение осуществляется основными носителями заряда и не приводит к появлению процессов инжекции не основных носителей с последующим рассасыванием их при переключении напряжения с прямого на обратное.

Кроме того, их быстродействие зависит только от скорости процесса перезарядки барьерной емкости. Вольтамперная характеристика ДШ напоминает характеристику диодов на основе р-n- переходов. Отличие состоит в том, что прямая ветвь в пределах 8–10 декад (декада – изменение значения в 10 раз) приложенного напряжения представляет почти идеальную экспоненциальную кривую, а обратные токи малы (доли – десятки нА).

отличительными особенностями ДШ являются: высокое быстродействие, малое падение напряжения при прямом смещении (0,3–0,4 В), высокий КПД выпрямления и широкие возможности использования в качестве дополнительных элементов в конструкциях различных транзисторов и других полупроводниковых приборов с целью расширения функциональных возможностей. Диоды Шоттки применяют также в выпрямителях больших токов и в логарифмирующих устройствах.

Биполярные транзисторы. Структура, принцип действия, режимы работы транзистора, схемы включения транзистора. Интегральный многоэмиттерный биполярный транзистор. Структура, принцип действия, применение. Биполярные транзисторы в ключевых и аналоговых схемах.

БТ называют полупроводниковые приборы с двумя или несколькими взаимодействующими электрическими p-n переходами и тремя или более выводами. Их усилительные свойства обусловлены явлениями инжекции и экстракции не основных носителей заряда: инжекция из Э в Б, экстракция из Б в К.

Рисунок стр. 133

Принцип работы биполярного транзистора основан на изменении сопротивления обратно смещенного p-n перехода за счет инжекции носителей заряда.

Режимы работы

Независимо от схемы включения транзисторы могут работать в одном из четырёх, отличающихся полярностью напряжения на ЭБ и БК переходе:

1)Нормальный активный режим - Э-переход включен в прямом направлении, К-переход в обратном направлении

2)Режим насыщения – Э- и К-переходы включены в прямом направлении

3)Режим отсечки - Э- и К-переходы включены в обратном направлении

4)Инверсный активный режим - Э-переход включен в обратном направлении, К-переход включен в прямом направлении.

Основным параметром биполярного транзистора является коэффициент передачи эмиттерного тока:

Близок к 1. Определяется 2-мя параметрами , где коэффициент инжекции, В-коэффициент переноса.

Каждый технически грамотный человек должен знать электронику. Подавляющее большинство устройств современной электроники изготавливаются из полупроводниковых материалов. По этому в рамках этой статьи, я бы хотел рассказать о диодах. Конечно, не зная основных свойств полупроводников, нельзя понять, как работает транзистор. Но одного знакомства только со свойствами полупроводников не достаточно. Необходимо разобраться в очень интересных и не всегда простых явлениях.

Краткая справка

Электро-дырочный переход (p-n переход) - это переходный слой между двумя областями полупроводника с разной электропроводностью, в котором существует диффузионное электрическое поле.
Диоды - это полупроводниковые приборы, основой которых является p-n переход. В основе применения полупроводниковых диодов лежит ряд их свойств, таких как асимметрия вольт-амперной характеристики, пробой электро-дырочного перехода, зависимость барьерной емкости от напряжения и т.д.

Используемое свойство перехода

• Выпрямительный - асимметрия вольт-амперной характеристики
• Стабилитрон - пробой
• Варикап - барьерная ёмкость
• Импульсный - переходные процессы

Познакомимся с ними подробнее.

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного сигнала в постоянный.
Рассмотрим принцип действия простейшего однополупериодного выпрямителя на полупроводниковом диоде.

Описание работы

При поступлении от первичного источника переменного напряжения, диод будет открыт на положительной полуволне и закрыт на отрицательной. В результате на полуволне через диод и сопротивление нагрузки будет протекать ток. конденсатор при этом заряжается до значения, близкого к пиковому. При уменьшении напряжения во входной цепи диод запирается. При этом конденсатор начинает разряжаться через сопротивление нагрузки.
Недостатком является то, что выпрямительное напряжение сильно зависит от сопротивления нагрузки и имеет большую амплитуду пульсаций. Поэтому такие выпрямители применяются только при высокомерных нагрузках. Для формирования Импульсов применяются амплитудные ограничители, которые могут быть последовательными и параллельными. В последовательных диодных ограничителях диод включается последовательно с сопротивлением нагрузки.

Варикапы

Варикап - полупроводниковый диод, используемый в качестве электрически управляемой емкости.
Эти параметрические диоды работают в обратном направлении, от которого зависит барьерная емкость. Таким образом, варикапы представляют собой конденсаторы переменной емкости, управляемой не механически, а электрически, при изменении обратного напряжения.
Варикапы применяются главным образом для настройки колебательных контуров. Простейшая схема включения варикапа в колебательный контур на рисунке.

Описание работы

Настройка колебательного контура на резонансную частоту может осуществляться двумя способами. Во-первых, посредством варьирования частоты проводимого к контуру переменного входного напряжения Uвх. Во-вторых, за счет изменения частоты собственных колебаний Wо, которая обусловлена индуктивностью и емкостью колебательного контура. Изменяя величину обратного напряжения Uобр., можно регулировать емкость варикапа, а следовательно и менять резонансную частоту контура. Конденсатор Cp является разделительным. Он необходим для предотвращения шунтирования варикапа индуктивностью.

Стабилитроны

Стабилитрон - это полупроводниковый диод, используемый для стабилизации напряжения.
Участок соответствующий электрическому пробою Uпроб. на котором напряжение слабо зависит от тока, является рабочим. При использовании стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения, его включают параллельно нагрузке. Наиболее часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряжение источника нестабильно, а сопротивление нагрузки Rн постоянно. Для установления и поддержания правильного режима стабилизации в этом случае сопротивление Rогр. должно иметь определенное значение. Для исключения температурного дрейфа напряжение используют последовательно соединенный диод. Подобные диоды называются термокомпенсированными стабилитронами.

Импульсные диоды

Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в качестве коммутирующих элементов. Существуют различные типы импульсных диодов: сплавные, точечные меза-диоды, диоды Шоттки.
Импульсные диоды широко используют в качестве коммутирующих элементов, т.е. устройств, имеющих два устойчивых состояния: «открыто», когда сопротивления прибора мало и «закрыто», когда велико.
При использовании диода в качестве ключа, могут комбинироваться различные диодные и диодно-транзисторные схемы, предназначенные для работы в цифровой аппаратуре.

В заключении

Прошу прощения за рисунки, элементы схем не по госту(их соотношение), но думаю для наглядного примера сойдет.
PS: стоит ли рассказать о транзисторах?

Импульсный диод – это диод с малой длительностью переходных процессов, предназначенный для применения в импульсных режимах работы. Οʜᴎ применяются в качестве коммутирующих элементов (к примеру, в ЭВМ), для детектирования высокочастотных сигналов и для других целœей.

При быстрых изменениях напряжения на диоде в - переходе возникают переходные процессы, обусловленные двумя основными процессами. Первое - ϶ᴛᴏ накопление небазовых носителœей в базе диода при его прямом включении, ᴛ.ᴇ. заряд диффузионной емкости. А при смене напряжения на обратное (или при его уменьшении) - рассасывание этого заряда. Второе явление - ϶ᴛᴏ перезарядка барьерной емкости, которая тоже происходит не мгновенно, а характеризуется постоянной времени , где - дифференциальное сопротивление диода (сопротивление по переменному току), а - барьерная емкость - перехода.

Первое явление играет основную роль при больших плотностях прямого тока через диод, заряд барьерной емкости в данном случае играет второстепенную роль. При малых плотностях тока переходные процессы в диоде определяются вторым явлением, а второстепенную роль играет уже накопление небазовых носителœей заряда в базе.

Рассмотрим процесс переключения диода из состояния высокой проводимости (диод открыт) в состояние низкой проводимости (диод закрыт) (рисунок 1.11)При приложении прямого напряжения возникает значительный прямой ток, что приводит к накоплению небазовых носителœей заряда в области базы (это высокоомная n - область).

При переключении диода с прямого направления на обратное в начальный момент через диод идет большой обратный ток, ограниченный, в основном, объёмным сопротивлением базы. Со временем накопленные в базе неосновные носители рекомбинируют или уходят через - переход, и обратный ток уменьшается до своего стационарного значения. Весь данный процесс занимает время восстановления обратного сопротивления – интервал времени от момента прохождения тока через нуль после переключения диода до момента достижения обратным током заданного низкого значения. Это один из базовых параметров импульсных диодов, и по его значению они делятся на шесть групп: >500 нс; =150…500 нс;=30…150 нс, =5…30 нс; =1…5 нс и <1 нс.

Рисунок 1.11 - Процесс переключения диода из открытого состояния в закрытое

При пропускании импульса тока в прямом направлении наблюдается выброс напряжения в первый момент после включения (рисунок 1.12), что связано с повышением напряжением до тех пор, пока не закончится накопление небазовых носителœей в базе диода. После этого сопротивление базы понижается и напряжение уменьшается.

Рисунок 1.12 -. Процесс переключения диода из закрытого состояния в открытое

Этот процесс характеризуется вторым параметром импульсного диода – временем установления прямого напряжения , равным интервалу времени от начала импульса тока до достижения заданного значения прямого напряжения.

Значения этих параметров зависят от структуры диода и от времени жизни небазовых носителœей заряда в базе диода. Для уменьшения времени жизни небазовых носителœей в базу вводится небольшое количество примеси золота. Атомы золота служат дополнительными центрами рекомбинации, в результате их введения уменьшается время жизни носителœей заряда, а следовательно, и диффузионная емкость - перехода. Уменьшение барьерной емкости достигается технологическим и конструктивным методами. Импульсные диоды изготавливаются на базе планарной технологии, эпитаксиального наращивания, ионно-лучевой технологии. Основным полупроводниковым материалом при этом служит кремний.

В быстродействующих импульсных цепях широко используют диоды Шоттки (рисунок 1.13) в которых переход выполнен на базе контакта металл-полупроводник. Условное обозначение показано на рис.16.

Рисунок 1.13- Условное обозначение диода Шоттки

У этих диодов не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов в базе, их быстродействие зависит только от скорости процесса перезарядки барьерной емкости. Вольт-амперная характеристика диодов Шоттки напоминает характеристику диодов на базе - переходов. Отличие состоит в том, что прямая ветвь в пределах 8 - 10 декад приложенного напряжения представляет почти идеальную экспоненциальную кривую, а обратные токи - малы (доли-десятки наноампер).

Конструктивно диоды Шоттки выполняют в виде пластины низкоомного кремния, на которую нанесена высокоомная эпитаксиальная пленка с электропроводностью того же типа. На поверхность пленки вакуумным напылением нанесен слой металла.

Диоды Шоттки применяют также в выпрямителях больших токов и в логарифмирующих устройствах.

Импульсные диоды - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Импульсные диоды" 2017, 2018.