Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Импульсные диоды Шотки. Исходным полупроводниковым материалом для этих диодов может быть, так же как н для выпрями. тельных диодов Шотки, кремний или арсенид галлия. Но предпочтение здесь 7,,4 должно быть отдано арсениду галлия, йу й7 так как в этом материале время жизни йт неосновных носителей заряда может быть менее 10 ' с. Несмотря на практическое отсутствие иижекции неосиовиых носителей заряда через переход йу йь((,В Шотки при его включении в прямом направлении (что уже было отмечено 10 ранее), при больших прямых напра- Ю жеииях и плотностях прямого тока РМ существует, конечно, некоторая составляющая прямого тока, связанная с ии- Рис. 3.48.
ВАх кремииеиого жекцией неоеиовных носителей заряда хиоха Шотки зд219 при в полупроводник. Поэтому требование малости времени жизни иеосиовных носителей в исходном полупроводниковом материале остается и для импульсных диодов Шотки. Арсеннд галлия пока не удается получить с малой концентрацией дефектов, в результате чего арсенид-галлиевые диахы имеют относительно малые значения пробивных напряжений, далекие от теоретически возможных. Это является существенным недостатком для выпрямнтельных диодов, но не столь важно для импульсных диодов, так как большая часть импульсных схем — это низковольтные схемы. Выпускаемые промышленностью арсеинд-галлневые импульсные диоды Шотки (ЗА527А, ЗА530Б и др.) предназначены для использования в импульсных схемах пико- и наносекундного диапазона.
В отличие от выпрямительных диодов Шотки они имеют значительно меньшие плошади выпрямляющнх переходов. Поэтому общая емкость этих диодов не превышает 1 пФ даже при нулевом постоянном напряжении смешения. 155 Сверхвысокочастотные диоды Шатки будут рассмотрены в $3.24, хотя арсенид-галлиевые импульсные диоды перечисленных марок по их частотным свойствам тоже можно считать СВЧ-диодами, о чем свидетельствует и их маркировка.
Е злз. дио))ьй с Резким ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ОВРАТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Диод с резким восстаиовлеиием обратиого сопротивлеиия — зто полупровод- иииовый диод, у которого используетси аффект резкого восстаиовлеиая обрат- ного сопротивлеиия для целей умиожеиия частоты и формироваияя импульсов с малым времеием иарастаипи. (),е 1лр Рис. 3.49. Осциллограммы иапряжеикя (а) и тона (б) при нереилючеиии диода с прямого иаприжеиии иа обратное: г| . — фаза высокой обратиой проводимости, Г, — фаза спада обратного тока !56 Как видно нз предыдущих параграфов (см. $3.18, 3.19, 3,21 и 3.22), при конструировании быстродействующих выпрями- тельных и импульсных диодов основные усилия должны быть направлены на сокращение длительности переходных процессов и прежде всего на ускорение процесса рассасывания или на практическое исключение эффекта накопления неосновиых носителей заряда в базе путем исключения инжекции неосновных носителей.
Однако, как это часто бывает, нежелательный для одних приборов физический процесс удается использовать в качестве основы принципа действия других приборов. Так произошло и с процессом рассасывания накопленных в базе диода неосновных носителей заряда. Если при прямом включении происходила иижекция неоснов- ных носителей заряда в базу диода, о то при его переключении на обратное г)пр напряжение будет происходить рассасывание накопленных неосновных носителей. В первое время после переключения сопротивление диода опл) ределяется только объемным сопротивлением базы. Процесс рассасывания неосновных носителей заряда О йг 6 можно разбить на две фазы (рис. 3 49).
! 8 Длительность первой фазы 6— 1 фазы высокой обратной проводнмо- 1 сти — определяется временем от моййгг У/ мента прохождения тока через нуль при переключении диода до начала спада обратного тока. За время первой фазы в базе диода около р-л-перехода происходит уменьшение граничной концентрации неосновных носителей заряда. до нуля (см. рис. З.ЗЗ, е).
Длительность этой фазы за- Отсюда электрическое поле в базе за пределами рл-перехода гг. Есаул Е= — —" —. а Учитывая полную нонизацию доноров и используя соотношение Эйнштейна, получим йг Етая й! Е= — — —. о й! (3.104) Возникновение электрического поля в полупроводнике при наличии градиента концентрации примесей вызвано диффузией носителей заряда (для полупроводника с электропроводно- ! 57 висит от количества накопленных в базе неосновных носителей, т. е. от прямого тока, предшествующего переключению, и от амплитуды обратного тока.
Амплитуда обратного тока, в свою очередь, зависит от обратного напряжения, поданного на диод при переключении, и от сопротивления базы при условии, что диод работает в схеме с идеальным генератором напряжения. В реальных условиях амплитуда обратного тока определяется ЭДС генератора обратного напряжения и суммой сопротивлений базы диода и внешней цепи. Длительность второй фазы Тй — фазы спада обратного тока— определяется временем уменьшения обратного тока до определенного малого значения. За время второй фазы происходит дальнейшее рассасываиие неосиовиых носителей заряда из глубинных слоев базы, а также рекомбинация их в базе. При малой длительности второй фазы импульс обратного тока, полученный прн переключении диода, имеет почти прямоугольную форму.
Использование диодов с резким восстановлением обратного сопротивления в схемах формирователей коротких импульсов большой амплитуды — одно из основных назначений этих диодов. Другая возможность применения связана с тем, что короткий импульс большой амплитуды содержит много гармоник высшего порядка, которые могут быть выделены схемным путем. Таким образом можно осуществить умножение частоты электромагнитных колебаний. Для формирования импульсов н умножения частоты можно использовать и другие импульсные диоды, ио онн должны быть с инжекцией неосновных носителей заряда и с малой длительностью спада обратного тока, т. е.
к структуре и конструкции диодов с резким восстановлением обратного сопротивления предъявляются свои специфические требования. В диоде, изготовленном методом диффузии примеси, неравномерное распределение нескомпенснрованной примеси может еу.
шествовать и за пределами р-л-перехода в базе. Для базы с электропроводностью и-типа прн отсутствии тока 1„= г)и)г„Е+ г)1)„йтад л = О. Рис. 3.50. Структура эпитакснальиого диода (и), распре. деление примесей а структуре (б) н энергетическая диаграмма этой структуры (в): м — граиипа р.» перехода в р.области, э, — гракикэ между р к ч-роаэс «кп (метаээургк ческая гранина); кз — граиикэ р-к.перекопа а «-области, эг— тоэгпииэ эаитаксиааьиого слоя; Š— иэпряжеикость эстроеи. ного электрического воля к эысокеомиой части базы !58 стью п-типа — электронов) в места с меньшей концентрацией. В результате диффузии носителей заряда нарушается электрическая нейтральность различных частей полупроводника: с одной стороны, получается избыток носителей заряда (в нашем примере — электронов), с другой стороны, остаются ионизированные иескомпенсироааиные примеси (в нашем примере — доноры, т.е.
положительные неподвижные заряды). После возникновения между разноименными зарядами электрического поля, которое в данном случае часто называют встроенным полем, устанавливается динамическое равновесие между диффузией и дрейфом носителей Р+ п и+ заряда. — О Существование электрического па- в гв ля при наличии градиента концентраа) Щ цин примесей можно также проиллю- стрировать с помощью энергетических ~а у ! диаграмм. Прн термодннамнческом рав- новесии уровень Ферми должен быть а а горизонтальным. Разрешенные энергетические зоны должны быть расположены относительно уровня Ферми на расстоянии в единицах энергии, зави- Ю) сящем от концентрации примесей.
При неравномерном распределении примесей края энергетических зон (дно зоны проводимости и потолок валентной зо— ны) получаются наклонными, что соот- :С: ветствует наличию электрического поля, Энергетическая диаграмма диоду) иой структуры с Р-н-переходом, сформированным методом диффузии акцепторов в высокоомиом эпитаксиальном слое, который выращен на низкоомиой подложке, показана на рис. 3.50. Таким образом, в базе диода около р-н-перехода может существовать электрическое поле, которое обычно называют встроенным, так как оно возникаег в процессе диффузии примесей и существует при отсутствии внешних напряжений, т. е. при отсутствии тока.
В диодной структуре, показанной на рис. 3.50, встроенное поле тормозит неосновиые носители заряда — дырки, инжектнроаанные через переход при прямом включении, и ускоряет их движение к переходу во время рассасывания при обратном включении. При этом накопление иеосновных носителей должно происходить только вблизи Р-л-перехода, а длительность спада обратного тока должна быть малой. Для получения существенного ускорения процесса рассасывания неосновных носителей заряда необходима большая напряженность встроенного поля н в соответствии с (3.!04) большой градиент концентрации примесей. Однако увеличение градиента концентрации примесей приводит к уменьшению пробивного напряжения (см. $3.! 1) и увеличению барьерной емкости р-н-перехода (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
