Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Выпрямителънмй полупроводниковый блок— это полупроводниковый блок, собранный нз выпрямительных полупроводниковых диодов, соединенных по определенной электрической схеме и оформленных в единую конструкцию, имеющую более двух выводов. Диапазон рабочих температур для кремниевых выпрямительных диодов ограничен значениями — 60... + 125'С. Нижний предел рабочих температур обусловлен различием температурных коэффициентов линейного расширения различных элементов конструкции диода: прн низких температурах возникают механические напряжения, которые могут привести к растрескнванию полупроводникового кристалла. При необходимости этот предел рабочих температур может быть существенно уменьшен, т. е.
сдвинут в область более низких температур. Принципиальное ограничение при этом может быть связано с энергией ионнзацнн примесей и различных областях днодной структуры. Но энергия ионизации примесей в кремнии, которые обеспечивают электропроводность р- и п-типов, мала. Поэтому уже прн температуре в несколько десятков кельвин все акцепторы и доноры оказываются ионизированными. С уменьшением температуры необходимо учитывать также увеличение прямого напряжения на диоде, которое происходит нз-за увеличения высоты потенциального барьера на р-п-переходе. Верхний предел диапазона рабочих температур выпрямительных диодов определяется резким ухудшением выпрямления в связи с ростом обратного тока — сказывается тепловая генерация носителей заряда в результате ноннзации атомов полупроводника. Таким образом, верхний предел диапазона рабочих температур выпрямительных кремниевых диодов, как н большинства других полупроводниковых приборов, связан с шириной запрещенной зоны исходного полупроводникового материала.
Германиевые диоды Технология изготовления н конструкция. Первой технологией формирования плоскостных р-и-переходов в массовом производстве полупроводниковых приборов была технология вплавления примесей. Поэтому все германиевые плоскостные диоды — это сплавные диоды старых разработок. Для создания сплавного р-и-перехода в германиевом моно- кристалле используют кристаллы германия с электропроводностью и-типа толщиной 0,2...0,4 мм. В качестве акцепторной примеси используют индий, который вплавляюг в кристалл германия при температуре 500...550'С. Плошадь перехода определяется необходимым значением максимально допустимого прямо. го юка диода н максимально допустимой плотностью прямого тока, которая для гермаиневых р-л-переходов равна 100 А/смв.
Электрические свойства. ВАХ одного нз гермаиневых плоскостных диодов при разных температурах окружающей среды приведены на рнс. 3.41. Основные отличия ВАХ н параметров германиевых н кремниевых выпрямительных плоскостных диодов заключаются в следующем. 1. Прямое напряжение иа герма»пеном диоде при максимально допустимом прямом токе приблизительно в два раза меньше, чем на кремниевом диоде.
Это вызвано меньшей высотой потенциального барьера германневого р.л-перехода является существенным, но, к сожалению, единственным преимуществом перед кремниевыми выпрямительиыми диодами. 2. Существование тока насыщения при обратном включении гермаииевого диода, что вызвано механизмом образования обратного тока — процессом экстракции неосновных носителей заряда из прилегающих к р-л-переходу областей.
3. Значительно большая плотность обратного тока в германиевых диодах, так как при прочих равных условиях концентрация иеосновных носителей заряда в германии больше иа несколько порядков, чем 4/рг,В в кремнии. 4. Большие обратные токи через гермаииевые диоды, в результате чего пробой германнеаых диодов имеет тепловой характер. Поэтому пробивное напряжение гермаииевых диодов уменьшается с увеличением температуры, а значения этого парне. 3.41. »АХ одного на герма пряжеиия меньше пробивных иапрянневыа вынрнмнтеаьнык днадав жений крЕмииевых диодов.
нрн разных температурах окРу- 5, Верхний предел диапазона ражаюнгед среды бочнх температур германневых диодов составляет приблизительно 75'С, что значительно ниже по сравнению с тем же параметром кремниевых диодов. Существенной особенностью германиевых диодов н нх недостатком является то, что оин плохо выдерживают даже очень кратковременные импульсные перегрузки при обратном направлении для р-л-перехода. Определяется это механизмом пробоя германиевых диодов — тепловым пробоем, происходящим при шиурованни тока с выделением большой удельной мощности в месте пробоя. Арсенид-галлиевые диоды Все перечисленные особенности германиевых и кремниевых выпрямительных диодов в итоге связаны с различием ширины за- 144 прещенной зоны исходных полупроводниковых материалов.
Из приведенного сопоставления видно, что выпрямительные диоды, изготовленные из полупроводникового материала с большой шириной запрещенной зоны, обладают существеннымн преимуществами в свойствах н параметрах. Одним нз таких материалов является арсенид галлия, ширина запрещенной зоны которого при комнатной темяературе ЛЗ = 1,43 эВ. Параметры первых типов арсенид-галлневых выпрямнтельных диодов, выпускаемых яромышленностью, еще далеки от опт»- мально возможных.
Так, арсенид-галлиевые диоды типа АД112А рассчитаны на максимально допустимый прямой ток 300 мА при прямом напряжении не более 3 В. Прямое напряжение велико, что является недостатком вообще всех выпрямительных диодов, р-л-переходы которых сформированы а материале с большой шириной запрещенной зо»ы. Максимально допустимое обратное напряжение диодов этой марки — всего 50 В. Низкое значение пробивного напряжения и соответственно максимально допустимого обратного напряжения вызвано, вероятно, большой концентрацией дефектов в области р-л-перехода.
Положнтельиымн особенностями арсенид-галлиевых выпрями- тельных диодов являются значительно больший диапазон рабочих температур и лучшие частотные свойства. Верхний предел диапазона рабочих температур арсеннд-галлневых диодов АД112А составляет 250'С.
Арсеиид-галлиевые диоды АД110А могут работать в качестве выпрямителей малой мощности до частоты 1 Мрц, что обеспечивается малым временем жизни носителей заряда в этом материале. Таким образом, арсенид-галлиевые выпрямительные диоды по своим частотным свойствам выходят за пределы низкочастотного диапазона. 1 З.за. селеновьге выпрямитейм Технология изготовления н конструкция.
Селеновые выпрямительные пластины (рис. 3.42) изготовляют на алюминиевых основаниях, которые являются одним из токосъемиых электродов. Для уменьшения переходного сопротивления между алюминиевым основанием н наносимым впоследствии слоем селеиа алюминиевые основания подвергают электрохнмическому травлению. Затем на основание наносят аморфный селен. Следующей технологической операцией является термообработка при температуре 215"С, близкой к температуре плавления селена. При этом происходит кристаллизация селеиа с уменьшением его удельного сопротивления иа несколько порядков.
Толщина слоя селена составляет 50...60 мкм. Для создания второго токосъемного электрода иа поверхность слоя селеиа наносят легкоплавкий сплав нз висмута, кадмия и олова. При нанесении этого сплава кадмий реагирует с селеном н образуется тонкий слой селенида кадмия. Таким образом, выпрямляюшнм электрическим переходом а селеновых выпрямителях является гетеропереход между селеном н селен»дом кадмия.
Г45 рнс. 3.42. Структура селеновоэ выпрямнтельно» пластины. у — алюминиевое основание; 2 — тонкий слой висмуте нли никеля, нанесенный нв иротрвн. ленное алюминиевое основание; Э вЂ” слоИ селенв; 4 — слой селенндв кадмия; Л вЂ” влектрод ив сплава висмута, квамня н олове 1лб Для улучшения выпрямляющих свойств селеновые выпрямительные пластины подвергают электрической формовке, которую производят путем длительного приложения постоянного напряжения в обратном направлении. При этом создаются благоприятные условия для диффузии кадмия в селеи и наращивания слоя селе- нида кадмия. Прохождение электрического тока способствует образованию равномерного по толщине выпрямляющего электрического перехода, так как в наиболее слабых местах перехода будет ббльшая плотность обратного тока, что приведет к локальному повышению температуры н более интенсивному соединению кадмия с селеном.
В установках для выпрямленна переменного тока соединяют ряд селеновых выпрямительных пластин последовательно для получения более высокого выпрямленного напряжения и параллельно для выпрямленна больших токов. ПромышЮ ленность выпускает селеновые выпряг мительные столбы с последовательным у соединением до 1440 селеновых пластин в единой конструкции (выпрямитель !5ГЕ144ОУ-С). К такому выпрямительному столбу может быть приложено переменное напряжение 40 кВ.
Плошадь отдельных селеновых выпрямительных пластин, выпускаемых промышленностью, О,! ... 400 см'. Параллельное соединение выпрямительных пластин позволяет получить выпрямленный ток 500 А от одного выпрямнтельиого блока (выпрямитель 140ГЖ24Я4У). В технологии изготовления селеновых выпрямителей различных серий могут существовать свои особенности. В соответствии с этими особенностями полярность прямого включения может быть противоположной по сравнению с указанной на рис. 3.42, т. е. выпрямляющий электрический переход может быть создан вблизи алюминиевого основания илн вблизи верхнего электрода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
