Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Ток через диод также зависит от времени, что характерно для емкостного сопротивления. Работа диода в схеме с генера- тором тока. Осциллограммы ими! пульса прямого тока малой ампли- туды и падения напряжения на й диоде при питании диода от генера- 1 тора тока представлены иа рис. 3.36. и В первый момент пропускания нмвг 1 пульса тока через диод весь ток состоит из емкостной составляющей.
й Поэтому напряжение на диоде в первый момент определяется падением напряжения иа сопротивлении базы диода. По мере заряда барьерной емкости увеличивается и напряжение на диоде. При выключении диода на ием некоторое время сохраняется остаточное напряжение, уменьшающееся со временем.
Остаточное напряжение в данном случае связано с тем, что барьерная емкость остается еще заряженной. По мере разряда этой емкости через активное сопротивление р-л-перехода диода уменьшается напряжение на емкости н остаточное напряжение на диоде. 2) прямое напряжение на диоде при заданном значении прямого тока (у„г; обычно прямое напряжение иа диоде указывается при максимально допустимом прямом токе через диод; 3) максимально допустимое обратное напряжение ().аг,„; оио обычно значительно меньше пробивного; 4) обратный ток прн заданном обратном напряжении 7,~г; обычно обратный ток указывается при максимально допустимом обратном напряжении; 5) диапазон рабочих температур окружающей среды.
В зависимости от значения максимально допустимого прямого тока выпрямительные диоды подразделяют на диоды малой мощности (прямой ток до О,З А), средней мощности (прямой ток от О,З до 1О А) н большой мощности (прямой ток более 1О А). При производстве первых выпрямительных плоскостных диодов (50-е юды нашего века) в качестве исходного полупроводникового материала использовали германий, технология получения н очистки монокристаллов которого к этому времени была уже освоена. Значительно позже было налажено производство крем. иневых выпрямительных плоскостных диодов.
В связи с существеннымн преимуществами кремниевых выпрямительных плоскостных диодов они практически целиком вытеснили германневые выпрямительные плоскостные диоды из массового производства. В последние годы налажен выпуск выпрямительных плоскостных диодов нз арсенида галлия. Кремниевые диоды Технология изготовления и конструкция. Большинство нз разнообразных типов кремниевых выпрямительных плоскостных диодов с технологической точки зрения являются диффузионными.
Электронно-дырочные переходы таких диодов формируют диффузней алюми- А1 ния или бора в кристаллы кремния с электропроводностью л-тяпа н диффузней фосфора в кристаллы кремния с электропроводностью р-типа. В выпрямнтельных диодах старых разработок для формирования р-л-переходов используют вплавление алюминия в кристаллы кремния с электропроводностью л-типа, а в кристаллы кремния р-типа — вплавлеиие сплава олова с фосфором или золота с сурьмой. Необходимую площадь р-л-перехода рассчитывают, исходя нз значения допустимого прямого тока диода и учитывая допустимую плотность прямого тока, которая для кремниевых р-л-переходов равна 200 А/смт.
Толтцина исходных кристаллов кремния составляет 0,2...0,4 мм. Рис. 3.37. Структура лавин. ного диода, р-и переход которого сформироваи диффузиеа бора в цеитральиоа части кристалла и диффузиед алюмииии в кольцевой части 139 Пробой реальных р-л-переходов часто происходит вблизи по. верхностн полупроводника, т. е. в местах выхода перехода иа поверхность кристалла (см. $3.14). Для исключения возможности поверхностного пробоя толщину диффузионного перехода (6/) в месте выхода его на поверхность кристалла кремния, т.
е. в кольцевой части по периферии кристалла, желательно сделать большей по сравнению с толщиной перехода (62) в центральной части кристалла (рис. 3.37). Достичь этого можно двумя способамн. Во-первых, кольцевую часть перехода можно сформировать диффузией алюминия, а центральную часть — диффузией бора. Коэффициент диффузии алюминия больше коэффициента диффузии бора, а растворимость алюминия в кремнии меньше, чем бора. Поэтому градиент концентрации акцепторной примеси в кольцевой части оказывается меньше, чем в центральной части пере- Р хода.
Толщина диффузионного пере- /Э 9 «Э хода зависит от градиента концент- рации примеси н будет больше в с/ ш кольцевой части перехода (см. рис. 3.17, б). Пробивное напряжение кольцевой части перехода оказыи а) д) вается прн этом больше пробивного напряжения центральной его части. да в месте выхода его на поверх- Пробивное напряжение всего диода ность «рнсталла без фаскн (и) не зависит от состояния поверхнон с положитезьиод фаскоз (б), сти кристалла; нз-за меньшего ко- личества дефектов в центральной которая обеспечивает увеличение ности кристалла части перехода плотность обратного тока при лавинном пробое будет равномерно распределена по всей площади.
Такие диоды, называемые лавинныши, могут выдерживать значительные импульсные перегрузки по обратному току. Во-вторых, уменьшить вероятность поверхностного пробоя можно путем снятия фаски по периметру кристалла кремния после создания в нем р-п-перехода. Для уменьшения напряженности электрического поля в месте выхода перехода на поверхность кристалла и соответственно для увеличения пробивного напряжения поверхностного пробоя надо путем шлифовки краев кристалла сиять фаску от снльнолегироваиной области х слаболегированной (прямая или положительная фаска). Прн такой конфигурации фаскн толщина р-и-перехода вблизи поверхности кристалла увеличится, что вызвано сохранением электрической нейтральности р-л-перехода (рис.
3.38). Частотные свойства выпрямительных плоскостных диодов с выпрямляющнм переходом в виде р-п-перехода, работающих обычно при большом уровне инжекции, определяются процессами накопления и рассасывания иеосновных носителей заряда в базе (см. $ 3.18). Поэтому для улучшения частотных свойств кремниевых плоскостных диодов в исходные кристаллы кремния про- /40 водят диффузию золота, примесь которого создает энергетические уровни рекомбннацнонных ловушек и уменьшает время жизни неосновных носителей заряда. Такие кремниевые плоскостные диоды иногда называют часгогнесми, подчеркивая тем самым, что они способны работать при повышенных частотах (до 100 кГц). Для защиты от внешних воздействий и обеспечения хорошего теплоотвода кристалл с р-и-переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности обычно оформляют в пластмассовом корпусе с гибкими внешиимн выводами, диоды средней мощности— в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, диоды большой мощности — в металлостекляниом илн металлокерамнческом корпусе, т. е. со стеклянным или керамическим проходным изолятором. Пример конструктивного оформления выпрямнтельного диода показан на рис.
3.39. Кристалл кремния с р-и-переходом прнпаивают к медному основанию (к ножке корпуса) таким образом, чтобы получить омнческий переход между металлом и полупроводником. Для этого используют припой с примесью донора, если кристалл припаивают к основанию и-областью, н с примесью акцептора, если р-областью. Наличие в припое химического элемента, создающего в запрещенной зоне кремния уровни рекомбииациониых ловушек (золото), обеспечивает уменьшение времени жизни неосиовиых носителей заряда вблизи омического перехода и ускорение процесса рассасывания накопленных иеосновиых носителей. В мощных выпРЯмительных диодах р 339 к р од с большой площадью кристалла кремниевых плоскостных диодов: между медным ОеиОВаИНЕМ И КрИ- / изружныб вывод; 2 — трубка; сталлом кремния помещают терно.
5 — зиугреннид вывод; б — про. «одное изолятор; 5 — корпус; б— КОМПЕНСНрующую ПрОкладку ИЗ защитное покрытие: 7 — вер«ииа вольфрама или козара, имеющую влек«род иа кристалле полупровод инка; д — кристалл креннин с р-з- ПрнысрНО ТОТ ЖЕ КоэффННИЕНТ ЛИ перехоаои; р — базовая область нейиого расширения, что н кремний. вводное структур«с, /б — слой при. Таким образом устраняют или суще- "": /' „, „,кР„";;"";дч' " ствеино уменьшают механические изя нзолнрушшрзя шмбз; ы НанряжЕння В КрнетаЛЛЕ КрЕМННя, "' "ни'ин'п втулка: '5 — ""- отеодяшнд лепесток; /б — крепежвозиикающне при изменении тем- ные гадки пературы. Электрические свойства.
Наибольшую информацию об электрических свойствах выпрямнтельных диодов можно получить из ВАХ. Вольт-амперные характеристики одного нз выпрямительиых )е) кремниевых плоскостных диодов прн разных температурах окружающей среды приведены на рис. 3.40. Максимально допустимые прямые токи кремниевых плоскостных диодов различных типов составляют 0,1...1600 А. Падение напряжения на диодах при этих токах не превышает обычно 1,5 В. С увеличением температуры прямое напряжение уменьшается, что связано с уменьшением высоты потенциального барьера р-и-перехода и с перераспределением носителей заряда по энергиям (см.
$ 3.2). Обратная ветвь ВАХ кремниевых диодов не имеет участка насыщения обратного тока, так как обратный ток в кремниевых диодах вызван процессом генерации носителей заряда в р-и-переходе (см. $3.!О). Пробой кремниевых диодов имеет лавннный 'о9~мн характер. Поэтому пробивное напряжение с увеличением температуры увеличивается (см. $3.!1). Для некоторых типов кремниевых диодов при комнатной температуре пробивное напряжение может составлять 1500...2000 В.
Максимально допустимое обратное напряжение — это напряжение, при котором гарантируется надежная работа диода. Поэтому максимально допустимое обратное напряжение, значение которою указывается в справочниках, значительно меньше пробивного напряжения. Обычно выбирают У~, „„= (0,5...0,8)У„„,. Для преобразования переменного тока в постоянный в схемах с напряженнем, превышающим максимально допустимое обратное напряжение отдельного диода, промышленностью выпускаются выпрямительные столбы. Выпрямительный полупроводниковый сюлб — это совокупность выпрямительных полупроводниковых диодов, соединенных последовательно и собранных в единую конструкцию, имеющую два вывода. Максимально допустимое обратное напряжение кремниевых выпрямительных столбов составляет несколько киловольт. !41 Дли удобства применения выпрямительных диодов в выпрямителях, собранных по различным мостовым схемам (одиофазным, трехфазным), а также в выпрямителях с удвоением напряжения промышленностью выпускаются выпрямительные полупроводниковые блоки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
