Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Такие диоды представляют собой бескорпусные приборы с жесткими выводамн — крнсталлодержателямн — н защитным покрытием. Диаметр нх 2 мм, длина 3,6 мм. Переключательный СВЧ-днод может работать прн последовательном н прн параллельном включения с линией передачи. В параллельной схеме прн прямом смещении диод имеет небольшое сопротннленне, шунтнрующее линию, н ббльшая часть СВЧ-мощности отражается обратно. Такнм образом, прн параллельной схеме для переключения СВЧ-тракта используют разннцу в отраженнн, а не в поглощенна.
В самом диоде прн этом поглощается незначительная часть падающей на него СВЧ- мощности, что позволяет относительно маломощному прибору управлять десятками н сотнями киловатт нмпульсной СВЧ-мощности. Недостатком переключательных СВЧ-днодов с р-г'-и-структу- рой является ннерцнонность процесса рассасывання носителей заряда (электронов н дырок) нз ~'-слоя прн переключеннн диода с прямого направлення на обратное, так как толщина гчслоя может составлять несколько десятков микрометров, а скорость двнження носнтелей заряда ограннчена.
Значительно большую скорость переключения можно получнть прн нспользованнн диодов Шоткн, нзготоаленных на основе арсеннда галлия. Однако уровень переключаемой СВЧ-мощностн прн этом на несколько порядков ннже, чем прн прнмененнн переключательных СВЧ-днодов с рб-п-структурой. 4 3.25. стдвилитрО55ы Полупроводниковый стабнлнтрон — вто полупроводниковый диод, напряжение иа котором в области электрического пробоя прн обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабнлизаинн напряжения. В стабнлнтронах должен быть либо лавннный, либо туннельный пробой, так как только прн этих видах пробоя получаются ВАХ, необходимые для стабнлнзацня напряжения (см.
3 3.11, 3.12). В связи с тем что лавннный пробой характерен для диодов, изготовленных нз 1 полупроводника с большой шириной запрещенной зоны, исходным материалом для стабнлнтрояов служит кремний. ост Основным цара метром стабнлнтронов б' является напряжение стабилизации ()„— — — 1 значение нацряженяя на стабнлнтроне прн прохождении заданного тока стабилизация (рнс.
3.54). Пробивное напряжение диода, а значит, напряжение стабилизации стабнлнтрона, завнснт от толщины — — 1ст мат р-и-перехода нлн от удельного сопротнвлення базы диода (см. рнс. 3.21). Поэто- Рнс. 3.34. ВАХ стабнлиму разные стабнлнтроны имеют разлнч- чгоиа ные напряжения стабилизации (от 3 до 400 В). Важным параметром стабнлнтрона является температурный коэффициент напряжения стабилизации а„— величина, определяемая отнашеннем относительного нзменення напряженая стабнлнзацнн к изменению температуры окружающей среды прн постоянном токе стабилизации: дыст ) иг иы дт И.. Так как температурный коэффициент напряжения стабнлнзацнн зависит от температуры, то в справочной литературе прнводят значения среднего температурного коэффнцнента напряженна стабнлнзацнн для рабочего диапазона температур: ИТ игам,гу 000 0 би„.
и„„дт Значения этого параметра у разных стабилитроиов различны. Обобщенная зависимость температурного коэффициента напряжения стабилизации от напряжения стабилизации многих стабилитронов приведена иа рис. 3.55. Как видно из рисунка, и„ может иметь положительные значения для относительно высоковольтных и отрицательные для низковольтных стабилитроиов, что связано с различной температурной зависимостью пробивного напряжения при лавинном и туннельном пробое р-и-перехода (см. $ 3.(!, 3.!2). Изменение знака а„ соответствует напряжению стабилизации (т'„яиб В.
Низковольтные стабилитроны изготовляют на основе снльнолегированного кремния. В связи с этим в низковольтных стабилитронах с сля 'таи напряжением стабилизации менее 410 !00 б В происходит туниельиый пробой, г„ а пробивное напряжение при туннельном пробое уменьшается с увеличением температуры (пт(0). Вы- 10 Я0 ЦииО соковольтные стабилитРоиы должны ООО иметь большую толщину р-и-перехо- да. Поэтому их делают иа основе 0!0 слаболегированного кремния. Принцип их действия связан с лавинным пробоем, при котором пробивное намости температурного коэффи- пражение Растет с Увеличением темРис.
З.бб Обобщенные завнси. цнента напряжения стабилиэа- пературы (ас~) О). Среди различная и лнфференцнальиого со- ных типов стабилитронов большинпротявления "" напряженна сг' ство с Лавинным пробоем. бнлнзацнн различных ствбилн- Одним из способов уменьшения температурного коэффициента напряжения стабилизации, который используют для создания термоиожлемсироваммык прецизионных стабилитронов, заключается в последовательном соединении с обратно включенным р-л-переходом стабилитрона дополнительного р-м-перехода, включенного в прямом направлении. С повышением температуры напряжение на р-л-переходе, включенном в прямом направлении, уменьшается (см.
$3.2), что компенсирует увеличение напряженна на обратно включенном р-л-переходе при лавинном его пробое. О качестве стабилитрона, т. е. о его способности стабилизировать напряжение при изменении проходящего тока, можно судить по значению дифферемииальмого сопротивления стабилитрома г„, которое определяется отношением приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому приращению тока. Так как определенным изменениям тока для лучшей стабилизации должны соответствовать минимальные изменения напряжения, то качество стабилитрона выше, если он имеет меньшее дифференциальное сопротивление.
$68 Обобщенная зависимость дифференциального сопротивления от напряжения стабилизации многих стабилитронов показана на рис. 3.55. Для изготовления высоковольтных стабилитроиов с лавинным пробоем в качестве исходного полупроводникового материала необходим высокоомный кремний. Чем больше требуется напряжение стабилизации, тем больше должно быть удельное сопротивление исходного кремния. При работе стабилитрона, т. е. при ударной ионизации в р-м-переходе, объемное сопротивление базы высоковольтного стабилитрона сказывается на значении дифференциального сопротивления.
Поэтому с увеличением напряжения стабилизации дифференциальное сопро- а! Рнс. 3.66. Энергетические диаграммы, поясняюзцне увеличение дифференциального сопротивлении с уменьшением напряжения стабилизации ллн стабилнтронов с туннельным пробоем: а — азя ствбнлнтрона с пробивным напряженнем гтм ю' б — ллн стабнлитроиа с пробивным напряженнем уо~ о,(Г/м о~ тивление высоковольтных стабилитронов увеличивается. Отсюда также ясна целесообразность формирования р-и-переходов высоковольтных стабилитронов в тонком аысокоомном эпитаксиальном слое кремния, выращенном на низкоомной подложке.
Для низковольтных стабилнтронов с туннельным пробоем при увеличении концентрации примесей уменьшается толщина р-м-перехода, что и приводит к уменьшению пробивного напряжения и напряжения стабилизации. Рассмотрим теперь причины увеличения дифференциального сопротивления низковольтных стабилитронов с уменьшением их напряжения стабилизации (левая часть графика г„= !'(Ую) на рис. 3.55).
Для сравнения на рис. 3.56 приведены энергетические диаграммы двух низковольтных стабилитронов с разными напряжениями стабилизации. Для туннелирования носителей заряда сквозь р-л-переход, во-первых, должна быть мала толщина Л потенциального барьера, сквозь который должны туинелировать электроны. Эта толщина потенциального барьера получится при определенной напряженности электрического поля или угле наклона энергетических зон, так как Е-(ца.
Во-вторых, для туннелирования необходимо наличие электронов с одной стороны р-и-перехода (в данном случае в валентной зоне р-области) 169 и свободных энергетических уровней, соответствующих тем же значениям энергии, с другой стороны р-и-перехода (в данном случае в зоне проводимости л-области). Оба эти условия возинклн в двух сравниваемых стабилитронах при разных пробивных напряжениях. Но непосредственно под потолком валентиой зоны р-области электронов значительно меньше, чем иа более глубоких уровнях валевтиой зоны. Особенно это справедливо для второго из сравниваемых стабилитроиов, концентрация примесей в котором значительно больше. Поэтому с дальнейшим приращением обратного напряжения приращение числа электронов, способных протуинелировать, в первом стабилитроие оказывается значительно большим, чем во втором.
Следовательно, дифференциальное сопротивление первого стабилитроиа должно быть меньше, чем второго. Диапазон токов, в котором стабилитрон может выполнять функции стабилизации напряжения, устанавливают из следующих соображений. Минимально допустимый ток стабилизации l„„,„определяется тем, что при малых токах, во-первых, дифференциальное сопротивление оказывается еще большим и, повторых, в стабилитронах с лавинным пробоем из-за неусюйчивости процесса ударной иоиизации в начальной стадии возникают шумы. С увеличением тока через стабилитроны процесс ударной ионизации устанавливается и шумы исчезают.
Максимально допустимый ток стабилизации 1„ ,„ определяется допустимой для данного прибора мощностью рассеяния и необходимостью обеспечения заданной надежности работы прибора, т. е. зависит от площади р-и-перехода и от конструкции прибора. Конструктивно стабилитроны оформляют аналогично выпрямительным и другим диодам, т. е. в металлостеклянных, стеклянных и пластмассовых корпусах, а также в бескорпусном виде с защитным покрытием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
