Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 17
Текст из файла (страница 17)
рис.исключить элементыдовVD2.10),в которой необходимои С диФ и добавить индуктивности ввоrпотL 8 , емкость корпуса Скорп• сопротивление rдиФ' заменив r 6 на= r6 + rк, где rк - сопрот:Ивление контактов. Для нормаль-. нойработы емкость выводов варикапа должна. быть заметноменьше барьерной емкости.Эквивалентная схема варикапа показана на рис.3.6,а.
Приработе на низких частотах в эквивалентной схеме можно исключитьLB,скорп• пренебречь сопротивлением базы rб, в основном определяющим величинуr пот•которая мала по сравнению семкостным сопротивлением Хе= 1/(ФС 6 ар); эквивалентная. схема (рис.3.6,б) вырождается в параллельное соединение резистора Rп и емкости Сбар (здесь Rп заменяет параллельное соедине-.'Глава3.89Полупроводниковые диодыг----------,rдиф111111rпот1[6)в)а)Рис.ние rдиФ иR 06P,3.6показанные на рис.3.6,а). Добротностькапа для низких частот вычисляется по формуле Qн.
чС увеличением частоты(w ==QвариwRпСбар·2тtf) изменяется соотношение междуреактивной и активной проводимостями и Qн. ч будет увеличиваться (рис.3. 7,левая ветвь кривой). Для получения большихзначений rпер = rдиф• а следовательно, и высокой добротности Qн. чприRy»rдиФ' целесообразно использовать полупроводникис большой шириной запрещенной зоны(Si, GaAs).На высокой частоте емкостное сопротивление Хе=l/(wC6 ap)становится малым и в эквивалентной схеме варикапа можно неучитывать большое параллельно включенное активное сопротивление перехода.
Однако сопротивление базы r 6 "" rпот можетоказаться сравнимым с Хе, поэтому его исключать нельзя. В результате эквивалентная схема будет выглядеть согласно показанной на рис.3.6, в .. Длятакой последовательной схемы замещения добротность вычисляется в соответствии с выражениемQв. ч=1/(wrбСбар).Как видно из этой формулы,Q в. чуменьшается с ростом частоQ250Физически это200означает, что уменьшается отно150ты (см. рис.шениения3. 7).реактивноговарикапаксопротивлесопротивлению100потерь rпот"" rб.Основное применение варикапы находят на ВЧ и СВЧ, поэтому для определения их доброт-О204060Рис.3.780 f,МГц90Раздел1.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫности используете.я последовательна.я эквивалентна.я схема замещения, показанная на рис.3.6,в, и, кроме того, варикапыизготавливаются с малым значениемr 6•Работа туннельн::·д~онд:~:::~:::::: .явлении квантово-1механического туннелирования основных носителей через потенциальный барьер, энергия которого превышает энергию но-~1сителей.Время туннелирования ('tт) определяете.я вероятностью квантово-механического перехода в единицу времени,ционально ехрра,k(O) -[-2k(O)W],где W-которое пропоршщшна потенциального·барье-среднее значение волнового вектора носителя заряда впроцессе туннелирования, приходящееся на один носитель с нулевым поперечным импульсом и энергией, равной энергии Ферми.Время туннелирования 'tт чрезвычайно мало, и поэтому туннельные приборы используются в СВЧ -диапазоне в качестве генераторов, переключателей, для туннельной спектроскопии и т.
д.Поскольку вероятность туннельного перехода сильно зависит от ширины потенциального барьераW,то в туннельных диодах используютсяр-п-переходы, образуемые вырожденнымиполупроводниками, т. е. полупроводниками с концентрациейпримеси порядка 10 20 ... 10 21 см- 3 • Из-за сильного легированияуровень Ферми располагается внутри зоны проводимости (дляп-области) и внутри валентной зоны (дляр-области), как это показано на рис.3.8,а, диаграмма2.Ширина обедненного слоя(ширина р-п-перехода) при указанной степени легированияосоставляет величину~100 ангстрем(А) и менее.Рассмотрение работы туннельных диодов для простоты проведем при температуре абсолютного нуля.
В этом случае вышеуровня Ферми все разрешенные энергетические состояния пообеим сторонам перехода .являются свободными, а ниже уровняФерми-заполненными электронами (рис.3.8, а). В отсутст3.8, а) туннельвие приложенного напряжения (И= О на рис.ный ток через переход не протекает, поскольку туннелированиечастиц в данном случае не имеет места, так как туннельный переход происходит без изменения энергии частицы, а при И=Оуровни одинаковой энергии в обеих областях или свободны(расположены выше ЕФ , ЕФ ), или заняты (расположены нипр'Глава З. Полупроводниковые диоды9:1Еа)I/ Диффузионныйуток3и.и1б)Рис.же ЕФи ЕФп).На БАХ (рис.3.83.8,б) рассматриваемому случаюрсоответствует точка2,а на рис.3.8,а-диаграмма2.При подаче напряжения происходит туннелирование электронов с занятых состояний валентной зоны р-полупроводника на свободные.
состояния п-полупроводника (обратное смещение, точкана БАХ рис.3.8,б, диаграмма1на рис.3.8,1а) или, наоборот, с занятых состояний п-полупроводника на свободные уровни р-полупроводника (прямое смещение, точкана рис.3.8,3на рис.3.8,б, диаграмма3а). Для реализации указанных туннельных переходовнеобходимо выполнение следующих условий:1)наличие заполненных состояний в области, откуда элект2)наличие свободных состояний с теми же .значениями энер-роны туннелируют;гии в области, куда электроны туннелируют;3)·ширина потенциального барьера должна быть как можноменьше (сравнима с длиной волны де Бройля) для того, чтобы вероятность туннелирования была как можно больше;4)квазиимпульс туннелирующих электронов должен сохраняться при переходе.Раздел941.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ(между точкамиr_представленаr_ -на3и4рис.на рис.3.9.3.8,дифференциальное отрицательноесопротивпениер-п-перехода, rпотРис.3.9а),Резистор-:со-противление потерь, определяемое со-противлениями областей п и р диодаконтактов и выводов, Lв -индукrивность выводов, С=С 6 ар -кость диода при фиксированном напряжении на переходе, rпотемzrв(сопротивление выводов и контактов).Импеданс приведенной на рис.z= [rв + r_/(l + wr_C) 2] + i[WLИз формулы(3.2)8-3.9 схемы равенwCr~ /(1+ (wr_C) 2)].(3.2)видно, что активная и реактивная составляющие импеданса при некоторых значениях частотw=2тtf равны нулю, при этом эти частоты различны для этих составляющих,полного импеданса.
Частота, при которой активная составляющая равна нулю, называется предельной резистивной частотой f R<lr-1/rпoтfR =- 1)1/2(3.3)2nr_CfРезонансная частота 0 туннельного диода соответствует равенству нулю реактивной составляющей полного импеданса(3.4)При разработке туннельных диодов закладывает.ел условиеf 0 > f R· В результате возможные паразитные резонансы могут возникать только на частотах, на которых диод не обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Из указанного неравенства следует ограничение на индуктивность Lв < \r_\rпотС, чтодостигается использованием, коаксиальной или волноводной таблеточной конструкции корпуса.Обращенный диод. Если концентрации легирующих примесей таковы, что р- и п-области близки к вырождению либо слабовырождены, то при малых прямых и обратных смещениях ток впрямом направлении меньше тока в обратном.
Отсюда возн:и:кает название такого туннельного диода-обращенный диод. Вравновесии уровень Ферми в обращенном диоде близок к границамзон разрешенной энергии, т. е. к потолку валентной зоны р-области и дну зоны проводимости п-области.:Глава-®---3.Полупроводниковые диоды95IIСимволическоеобозначениеобращенногодиодаооииб)а)Рис.3.10При обратном смещении электроны легко туннелируют из валентной зоны р-области в зону проводимости п-области, что будетприводить к возрастанию туннельного тока с ростом абсолютногозначения обратного напряжения.
В результате обратная ветвьБАХ обращещюго диода аналогична БАХ туннельного диода(рис.3.10, а,б). При подаче прямого напряжения ток в обращенном диоде определяется инжекцией носителей заряда через переход подобно обычному диоду. При малых прямых напряженияхИ<0,5 Впрямой ток в обращенном диоде значительно меньшеобратного. 3а счет избыточного туннельного тока в обращенныхдиодах возможны слабые проявления туннельного эффекта припрямых смещениях (см.
рис.3.10, а).Обращенные диоды можноиспользовать в качестве детекторов малых сигналов СВЧ -излучения, смесителей, переключателей.Обращенные диоды имеют хорошие частотные характеристики, поскольку их работа не сопровождается накоплением неосновных носителей, и малый1/f шум (см.гл.22).БАХ этого типадиодов не чувствительна к влиянию температуры и облучения.Помимо рассмотренных приборов, туннельный эффект используется также в МДП-диодах (структура металл-ополупроводник) при толщине диэлектрика отМДМ-диодах (структура металл-диэлектрик-диэлектрик10-до50А,вметалл) и туннельных транзисторах на основе МДП и МДМ структур.3.
7. Лавинно-пролетные диодыПринцип работы лавинно-пролетных диодов (ЛПД) основан навозникновенииотрицательногосопротивленияврезультатеиспользования процессов лавинного умножения носителей и време~ни их пролета через полупроводниковую структуру при наличииРаздел961.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫнаэлектродахпомимопостоян·ного также и переменного напря·•жения.Появление отрицательного со-.противления связано с фазовым''о1 2х, мкм3а)"'....с:.!-....."'i:Q~43:о"'/\бv11 2 3ох,мкм6)864ем.
Отрицательное сопротивлениереализуетсяwлтольковдинамиче-одновременно присутствуют посто-~<a>dx=1х,мкмнапряжение.ЛПДработают при подаче обратного напр.я- (жения,в)Рис.;.янное обратное смещение и пере-,менное1 2 3о,ском режиме, когда на электродах·.2о•подчеркнуть,).•.диодов и, следовательно, на ней от- :сутствует участок с отрицательным .дифференциальным сопротивлени- .'-с1Необходимочаете.я от характеристик обычных.......~нием.что статическая БАХ ЛПД не отли-Sm-2осдвигом между током и напряже-близкогокнапряжению·пробоя.Для изготовления ЛПД исполь-3.11зуютс.яразличныекие, как четырехслойная структура Ридаструктуры,(p+-n-i-n+),'та-.асимметричный резкий р-п-переход (р+ -п-п+), симметричный р-.п-переход-диод с двумя дрейфовыми областями (р+ -р-п-п+),диод с двухслойной базой, диод с трехслойной базой (модифицированный диод Рида) и р-i-п-структуры (диоды).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
