Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 31
Текст из файла (страница 31)
В связи с существенными недостатками точечных диодов они практически полностью вытеснены импульсными диодами, производство которых основано на современных производительных и контролируемых методах формирования р-п-переходов с использованием планарной технологии, эпитаксиальиого наращивания, а также ионно-лучевой технологии. Основным исходным полупроводниковым материалом при этом служит кремний, а иногда и арсенид галлия. Для ускорения переходных процессов в кремниевых импульсных диодах н для уменьшения значения времени восстановления обратного сопротивления этих диодов в исходный кремний вводят примесь золота.
Эта примесь обеспечивает оявление в запрещенной зоне кремния энергетических уровней рекомбинационных ловушек и уменьшение времени жизни неосновных носителей. При изготовлении планарных импульсных диодов диффузия примесей проводится через отверстии или окна в слое оксида кремния (см. 4 2.4). Площадь р-л-перехода таких диодов может быть сделана достаточно малой, мала будет и барьерная емкость. Планариая технология дает возможность относительно просто сформировать на одном кристалле много диодных структур.
Таким образом делают наборы (сборки или матрицы) импульсных диодов, т. е. совокупность импульсных диодов, собранных в единую конструкцию, не соединенных электрически или соединенных по одноименным выводам. Наборы импульсных диодов удобны для применения в установках вычислительной техники, отдельные узлы которых содержат большое число однотипных импульсных диодов.
й кп. й(мойВй шоткм Диод Шатии — вто полупроводниковый анод, внпрамнтельные свойства которого основаии на использовании внирпмлиихщего алектрнвесного перехода между металлом и полупроводником. Для всех диодов, рассмотренных в предыдущих параграфах, основным физическим процессом, ограничивающим диапазон рабочих частот, оказывался процесс накопления и рассасывания не- основных носителей заряда в базе диода.
Другой физический процесс — перезаряд барьерной емкости выпрямляющего электрического перехода — имел в рассмотренных диодах второстепенное значение и сказывался на их частотных свойствах только прн определенных условиях. Поэтому были выдвинуты требования к конструкции и технологии изготовления диодов, выполнение которых обеспечивало бы ускорение рассасывания накопленных в базе за время действия прямого напряжения неосновных носителей заряда. Понятно, что если исключить ннжекцню неосновных носителей заряда при работе диода, то не было бы накопления этих неосновных носителей в базе и соответственно относительно медленного процесса нх рассасывания.
Здесь можно перечислить несколько возможностей практически полного устранения инжекции неосновных носителей заряда прн сохранении выпрямительных свойств полупроводниковых диодов. 1. Использование в качестве выпрямляющего электрического перехода гетерогенного перехода (гетероперехода), т. е. электрического перехода, образованного в результате контакта полупроводников с различной шириной запрещенной зоны. Инжекция неосновных носителей при прямом включении будет отсутствовать при выполнении ряда условий и, в частности, при одинаковом типе электропроводности полупроводников, образующих гетеропереход (см.
$2.11) . Этот способ устранения инжекцин неосновных носителей заряда пока не нашел широкого применения в промышленном производстве монокрнсталлическнх полупроводниковых диодов из-за технологических трудностей. 2. Использование для выпрямления эффекта туннелирования (см. $3.30).
3. Инвертирование диодов, т. е. использование для выпрямлення только обратной ветви ВАХ вместе с участком, соответствующим лавинному пробою. Этот способ не нашел применения нз-за необходимости иметь для каждого диода свое напряжение смещения, почти равное напряжению пробоя. Кроме того, в начальной стадии лавинного пробоя в диоде возникают шумы (см. р 3.25). 4. Использование выпрямляющего перехода Шотки, т.
е. выпрямляющего электрического перехода, образованного в результа- иг те контакта между металлом и полупроводником. На таком переходе высота потенциального барьера для электронов н дырок может существенно отличаться, как показано в $2.10. Поэтому прн включении выпрямляющего перехода Шотки в прямом направлении прямой ток возникает благодаря движению основных носителей заряда полупроводника в металл, а носители другого знака (неосновные для полупроводника) практически не могут перейти из металла в полупроводник из-за высокого для них потенциального барьера на переходе (см. рис. 2.16).
Таким образом, на основе выпрямляющего перехода Шоткн могут быть созданы выпрямительные, импульсные н сверхвысоко- частотные полупроводниковые диоды, отличающиеся от диодов с р-л-переходом лучшими частотными свойствами. Выпрямительные диоды Шоткн. На частотные свойства диодов Шатки основное влияние должно оказывать время перезарядки барьерной емкости перехода. Постоянная времени перезарядки за- шу Зв итак альпах слей са,м Рис 347. Варианты структур диодов Шотки с двух слойкой базой висит и от сопротивления базы диода (т = геСе р). Поэтому выпрямляющий переход Шотки целесообразнее создавать на кристалле полупроводника с электропроводностью и-типа — подвижность электронов больше подвижности дырок.
По той же причине должна быть большой и концентрация примесей в кристалле полупроводника. Однако толщина потенциального барьера Шотки, возникающего в полупроводнике вблизи границы раздела с металлом, должна быть достаточно большой. Только при большой толщине потенциального барьера (перехода Шотки) можно будет, во-первых, устранить вероятность туннелирования носителей заряда сквозь потенциальный барьер, во-вторых, получить достаточные значения пробивного напряжения и, в-третьих, получить меньшие значения удельной (на единицу плошади) барьерной емкости перехода, А толщина перехода или потенциального барьера зависит от концентрации примесей в полупроводнике: чем больше концентрация примесей, тем тоньше переход (см. $2.6). Отсюда следует противоположное требование меньшей концентрации примесей в полупроводнике. Учет этих противоречивых требований к концентрации примесей в исходном полупроводнике приводит к необходимости созда- $53 ния двухслойной базы диода Шотки (рис.
3.47). Основная часть кристалла — подложка толщиной около 0,2 мм — содержит большую концентрацию примесей и имеет малое удельное сопротивление. Тонкий монокристаллический слой того же самого полупроводника (толщиной в несколько микрометров) с той же электропроводностью и-типа может быть получен на поверхности подложки методом эпнтаксиального наращивания. Концентрация доноров в эпитаксиальном слое должна быть значительно меншпе, чем концентрация доноров в подложке. В качестве исходного полупроводникового материала для выпрямительных диодов Шотки можно использовать кремний или арсенид галлия. Однако в эпитаксиальных слоях арсеннда галлия не удается пока достичь малой концентрации дефектов и достаточно низкой концентрации доноров.
Поэтому пробивное напряжение диодов Шотки на основе арсенида галлия оказывается низким, что является существенным недостатком для выпрямительиых диодов. Металлический электрод на эпитакснальный слой полупроводника обычно наносят методом испарения в вакууме с последующим осаждением иа поверхность эпитаксиального слоя. Перед нанесением металлического электрода целесообразно методами фотолитографии создать окна в оксидиом слое на поверхности полупроводника. Так легче получить выпрямляющнй переход Шотки необходимых площади и конфигурации.
Выпрямительные низкочастотные диоды предпочтительнее изготовлять с р-и-переходом. Выпрямительные диоды Шотки в области низких частот могут в перспективе иметь преимущество перед диодами с р-а-переходом, связанное с простотой изготовления. Наибольшие преимущества перед диодами с р-л-переходом диоды Шотки должны иметь при выпрямлении больших токов высокой частоты. Здесь кроме лучших частотных свойств диодов Шоткн следует отметить такие их особенности: меньшее прямое напряжение из-за меньшей высоты потенциального барьера для основных носителей заряда полупроводника; ббльшая максимально допустимая плотность прямого тока, что связано, во-первых, с меньшим прямым напряженнем и, во-вторых, с хорошим геплоотводом от выпрямляющего иереходв Шотки. Действительно, металлический слой, находящийся с одной стороны перехода Шоткн, по своей теплопроводиостн превосходит любой сильно- легированный слой полупроводника.
По этим же причинам выпрямительные диоды Шотки должны выдерживать значительно большие перегрузки по току по сравнению с аналогичными диодамн с р-и-переходом на основе того же самого полупроводникового материала. Еще одна особенность диодов Шотки заключается в идеальности прямой ветви ВАХ вЂ” прямая ветвь ВАХ соответствует выражению (3.27). При этом с изменением прямого тока в пределах нескольких порядков зависимость 1ц!м = К(7„,) близка к лиией- 154 ной, или в показателе экспоненты при изменении тока не появляется дополнительных множителей (см. $ 3.17 и рис. 3.32). Учитывая эту особенность, диоды Шотки можно использовать в качестве быстродействующих логарифмических элементов.
На рис. ЗА8 показаны ВАХ кремниевого диода Шотки 2Д219, рассчитанного на максимально допустимый прямой ток 10 А. Прямое напряжение на диоде при максимально допустимом прямом токе не более 0,6 В, максимально допустимое обратное напряжение для диода 2Д219Б 20 В. Эти диоды допускают прохождение импульсов тока длительностью до 10 мс с периодом повторения не менее 10 мин с амплитудой, в 25 раз превышающей максимально допустимый прямой ток. Диоды рассчитаны ив частоту выпрямляемого тока 0,2 Мгц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
