Шпоры по электронике!!! (Шпоры к экзамену), страница 4
Описание файла
Файл "Шпоры по электронике!!!" внутри архива находится в папке "Шпоры к экзамену". Документ из архива "Шпоры к экзамену", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "электроника" из 4 семестр, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "электроника" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Шпоры по электронике!!!"
Текст 4 страницы из документа "Шпоры по электронике!!!"
В Ч и СВЧ-диоды бывают выпрямительными, переключательными и преобразовательными. Характерной особенностью p-n-переходов диодов СВЧ-диапазона является их малая емкость, что достигается уменьшением площади перехода. Конструкция приборов на основе р-n-переходов и технология их изготовления должны обеспечивать точное и воспроизводимое выполнение как поперечных размеров перехода, так и толщины слоев полупроводниковых материалов, а также требуемый уровень и профиль легирования. Первые СВЧ-диоды были изготовлены точечно-контактным методом. Для этого к предварительно отполированной и протравленной пластине Si или Ge прижималась игла из вольфрама или фосфористой бронзы (часто в виде пружины) с диаметром острия от нескольких микрометров до 20 — 30 мкм. При электроформовке, заключающейся в разогреве области контакта при пропускании мощных коротких импульсов тока, образовывался контакт типа барьера Шоттки. Диффузионный метод создания переходов основан на диффузии в полупроводник примеси, находящейся в газообразной, жидкой или твердой фазе. В зависимости от глубины залегания перехода он может быть плавным или резким. При малой толщине р-области переход можно считать резким со ступенчатым изменением концентрации примеси. Эквивалентная схема СВЧ диода кроме сопротивления растекания rs, емкости перехода Cбар и сопротивления перехода rпер включает в себя индуктивность контактной пружинки Ls и емкость корпуса Скорп. Представить диод в виде системы с сосредоточенными параметрами можно, только если линейные размеры (толщина перехода, радиус перехода) по сравнению с длиной волны малы. Толщина выпрямляющего слоя в СВЧ диодах имеет величину порядка долей микрона и не определяет частоту, до которой можно пользоваться данной схемой. Полусферическая область кристалла, определяющая сопротивление rs, примыкает к точечному контакту и имеет радиус в несколько десятков микрон при радиусе контактного острия в несколько микрон. Следовательно, сопротивление растекания rs можно представить в эквивалентной схеме в виде сосредоточенного параметра даже до длин волн порядка миллиметра. Размеры конструктивных элементов СВЧ диода уже в диапазоне волн 3 см становятся соизмеримыми с длиной волны. Важной характеристикой СВЧ диодов является коэффициент шума, который можно определить как изменение отношения сигнала к шуму на входе и выходе рассматриваемой схемы. |
Рассмотрим особенности работы диода с барьером Шоттки на основе контакта металла с полупроводником n-типа для случая, когда работа выхода металла больше, чем работа выхода полупроводника. При образовании контакта электроны переходят из материала с меньшей работой выхода в материал с большей работой выхода, в результате чего уровни Ферми металла и полупроводника выравниваются. При этом полупроводник оказывается заряженным положительно, а возникающее внутреннее электрическое поле препятствует переходу электронов в металл. Между металлом и полупроводником возникает контактная разность потенциалов. Благодаря разности работ выхода металла и полупроводника между ними происходит обмен электронами. Электроны из полупроводника, имеющего меньшую работу выхода, переходят в металл с большей работой выхода. В равновесном состоянии металл заряжается отрицательно, в результате чего возникает электрическое поле, прекращающее однородный переход электронов. Из-за резкого различия концентраций свободных электронов по обе стороны от контакта практически все падение напряжения приходится на приконтактную область полупроводника. Приложенное внешнее напряжение изменяет высоту барьера лишь со стороны полупроводника. Электроны зоны проводимости отталкиваются возникшим контактным нолем. Создается обедненный слой с пониженной концентрацией подвижных носителей. Около контакта вследствие изгиба границ зон полупроводник n-типа переходит в полупроводник p-типа. Распределение электрического поля и объемного заряда в этом случае описывается теми же уравнениями, что и для резкого p-n-перехода. В полупроводнике возникает область, обедненная основными носителями заряда с пониженной проводимостью, ширина которой зависит от уровня легирования полупроводника. В состоянии равновесия поток электронов (основных носителей полупроводника) в металл уравновешивается потоком электронов из металла в полупроводник. При прямом смещении потенциальный барьер со стороны полупроводника понижается и число переходов электронов в металл увеличивается. При обратном смещении, напротив, ток из полупроводника уменьшается, стремясь с ростом напряжения к нулю. Ток электронов из металла все время остается неизменным: роль его незначительна при прохождении прямого тока, им же обусловлен ток утечки при обратном смещении. Величина этого обратного тока в приборах с барьером Шоттки порядка единиц микроампер. В реальных контактах линейная зависимость высоты барьера от работы выхода металла наблюдается редко ввиду того, что на поверхности полупроводника из-за ее неидеальности имеются поверхностные заряды. Кроме того, на свойства контакта металл — полупроводник влияют токи утечки, токи генерации — рекомбинации носителей заряда в обедненной области и возможность туннельного перехода электронов в случае сильнолегированного |
С табилитроны предназначены для стабилизации напряжения в схемах; на их вольтамперной характеристике (рисунок) имеется участок с высокой крутизной, где напряжение на диоде слабо зависит от тока через диод. В РЭА применяют стабилитроны общего назначения, прецизионные, импульсные, двуханодные и стабисторы. Стабилитроны общего назначения используются в схемах стабилизаторов источников питания, ограничителей, фиксаторов уровня напряжения и др. Прецизионные стабилитроны применяют в качестве источника опорного напряжения с высокой точностью стабилизации и термокомпеисации уровня напряжения. Импульсные стабилитроны используются для стабилизации постоянного и импульсного напряжения и ограничения амплитуды импульсов напряжения малой длительности, а двуханодные — в схемах стабилизаторов, ограничителей напряжения различной полярности, и т.п.. Стабисторы предназначены для стабилизации малых значений напряжений (постоянных, импульсных), а также используются как термокомпенсирующие элементы для поддержания заданного уровня напряжения в схеме при изменении температуры окружающей среды. Принцип работы основан для большинства стабилитронов, за исключением стабисторов, на использовании электрического пробоя в p-n-переходе. При относительно малой концентрации примесей в базе диода наблюдается в его электрическом переходе лавинный механизм пробоя (высоковольтные стабилитроны с напряжением стабилизации (Uст > 6,3 В), а при высокой концентрации примесей возникает туннельный пробой (низковольтные стабилитроны с Uст < 6,3 В). Для кремниевого диода характерно постоянство напряжения не только в области электрического пробоя его перехода, но и на прямой ветви ВАХ, что используется в стабисторе. Простейшая схема стабилизатора напряжения приведена па рисунке на оборотн. Стабилитрон VD включен в обратном направлении параллельно нагрузке Rн. Участок на обратной ветви ВАХ стабилитрона является рабочим участком стабилизации напряжения. Рабочая точка А должна находиться между токами IRн и Icт.макс примерно посередине. Из этого условия выбирают сопротивление Rогр. В рабочей точке А напряжение на стабилитроне Uобр = Uст.ном. Диод, в котором для стабилизации напряжения в схемах используется прямая ветвь ВАХ, |
П ринцип работы туннельного диода основан на явлении туннельного эффекта в электронно-дырочном переходе, образованном вырожденными полупроводниками. Туннельный эффект приводит к появлению участка отрицательной проводимости на ВАХ туннельного диода при прямых напряжениях перехода. В обращенном диоде участок отрицательной проводимости на ВАХ отсутствует. Различают усилительные, генераторные, переключательные туннельные диоды. Усилительные диоды применяют в усилителях и гетеродинах приемных устройств, в схемах детекторов и смесителей диапазона СВЧ. Генераторные диоды используют в основном для построения СВЧ-генераторов в диапазоне волн 1—10 см, но они могут работать в быстродействующих импульсах и переключательных схемах. Переключательные диоды нужны для построения специализированных вычислительных устройств, логических сверхбыстродействующих схем, импульсных устройств наносекундного диапазона. Обращенные диоды имеют такую же область применения, что и переключательные туннельные, но иногда используются в схемах детекторов и смесителей СВЧ-диапазона. Концентрация примесей в р- и n-областях туннельного диода порядка 1020 см-3, т. е. в диоде используются вырожденные полупроводники. Толщина электрического перехода туннельных диодов составляет 1—10 нм. Туннельные переходы совершаются частицами без затраты энергии. Высокая концентрация примесей в р- и n-областях туннельного диода приводит к тому, что локальные уровни примесей образуют в вырожденных полупроводниках сплошную зону. Уровни Ферми полупроводников Ефр и Ефn будут расположены соответственно в валентной зоне р-области и зоне проводимости n-области. Энергетическая диаграмма p-n-перехода диода в состоянии равновесия показана на рисунке, где заштрихованные области соответствуют уровням энергии, занятым электронами с наибольшей вероятностью. В состоянии термодинамического равновесия зона проводимости n-полупроводника и валентная зона р-полупроводника перекрываются по энергии на величину δЕ=Ев—Еп. Поэтому электроны из зоны проводимости n-области могут туннелировать сквозь узкий переход в валентную зону р-области на свободные энергетические уровни, а электроны из валентной зоны р-области в зону проводимости n-области на свободные уровни энергии. При небольших прямых напряжениях заполненные электронами энергетические уровни зоны проводимости n-области частично расположатся напротив свободных уровней валентной зоны р-области. Поэтому в основном будут туннельные переходы электронов из |