Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 38
Текст из файла (страница 38)
3.60, в). При дальнейшем увеличении прямого напряжения на диоде туннельиый ток через диод будет уменьшаться, так как из-за смешения энергетических диаграмм будет уменьшаться количе. ство электронов, способных туннелировать из л-области в р-об. ласть (рис. 3.60, г). Туннельный ток через диод окажется равным нулю при некотором еще большем прямом напряжении, когда из-за относительного смешения энергетических диаграмм и- и р-областей для свободных электронов л-области не будет свободных энергетических уровней в р-области (рис.
3.60, д). Однако при этом через диод будет проходит прямой ток, обусловленный переходом носителей заряда через понизившийся потенциальный барьер р-л-перехода, т. е. ток, связанный с ннжекцией. С дальнейшим увеличением прямого напряжения в связи с уменьшением высоты потенциального барьера прямой ток через туннельный диод будет возрастать, как и в обычных выпрями- тельных диодах (рис.
3.60,г). При обратном напряжении иа туннельном диоде опять возникают условия для туннелнровання электронов (рис. 3.60,ж). Только теперь электроны туннелируют из валентной зоны р-области в зону проводимости и-области. Возникающий при этом обратный ток будет расти с увеличением обратного напряжения по абсолютному значению. Туннельный диод обладает относительно высокой проводимостью при обратном напряжении. Можно считать, что у туннельного диода прн ничтожно малых обратных напряжениях происходит туннельиый пробой. 178 Таким образом, туннельный диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением в некотором диапазоне прямых напряжений.
Это и является самым интересным свойством туннельного диода, так как всякий прибор с отрицательным дифференциальным сопротивлением может быть использован для генерации и усиления электромагнитных колебаний, а также в переключающих схемах. Параметры Промышленность выпускает туннельные диоды из арсенида галлия и из германия. Их вольт-амперные характеристики показаны на рис. 3.61. Из рисунка видно, что чем больше ширина запрещенной зоны исходного полупроводника, тем при больших напряжениях наблюдается отрицательное дифференциальное сопротивление.
Туннельные диоды характеризуются специфическими параметрами (см. Рис. 3.60): 7л НЬ !. Пиковый гок Iп — - прямой ток 7РР в точке максимума ВАХ, прн котором значение д1/ди равно нулю. бе Этот ток различен для туннельных уй диодов разного назначения. Значение его может составлять от десятых долей миллиампера до сотен миллиампер. 2. Ток впадины /в — пРямой ток ри . З.а1. нлХ иельиих хиов точке минимума ВАХ, при котором лов из рззличинх полупроволзначение Й/ди равно нулю. пиковых мзтериилов 3. Отношение токов туннельного диода !и/!в — отношение пикового тока к току впадины. Для туннельных диодов из арсенида галлия !и/!в) 1О, для германиевых туннельных диодов /п//в = = 3 ...
6. 4. Напряжение пика Оп — прямое напряжение, соответствующее пиковому току. Для туннельных диодов из арсенида галлия Оп = 100...150 мВ, д ° р ие Оп = 40...60 мВ. 5. Напрязкгниг впадины (/и — прямое напряжение, соответствующее току впадины. У туннельных диодов нз арсенида галлия (/в — — 400...500 мВ, у германиевых (/в = 250...350 мВ. 6. Напряжении раствора Ори — прямое напряжение, большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому.
7, Удельная емкость туннельного диода С,//„— отношение емкости туннельного диода к пиковому току. 8. Лргдгльная ргэисгивная частота /л — расчетная частота, на которой активная составляющая полного сопротивления последовательной цепи, состоящей из р-и-перехода и сопротивления потерь, обращается в нуль. 179 Отсюда мп = — = — 1. ! !г1 (8.106) 1. !Св., Из соотиошеиия (3.106) видно, что предельная резистивпая частота туннельного диода зависит от соотиошеиия сопративлеиия базы диода и абсолютиого значения отрицательного диффереициальиого сопротивления. Для иахождеиия экстремалвиых зиачеиий предельной резистивиой частоты надо продиффереицировать (3.106) по ~г 1 и приравнять получеииое выражеиие нулю.
Тогда получим условие 1г ! = 2гв, (3.107) при выполиеиии которого предельная резистивиая частота будет максимальной. Связь ее с параметрами эквивалеитиой схемы можно получить, подставив (3.107) в (3.106): 31.!с (3.108) Усредиеииое отрицательное диффереициальиое сопротивлеиие можно представить в виде а!) !гв — !гп соим 1г-1 = — = )и — )в )и Если получеииое соотиошеиие подставить в (3.108), то получим )п / Свар Поэтому отиошеиие емкости туинельвого диода к пиковому току является одним из основных параметров туииельиого диода, который характеризует его частотные свойства. В туннельном диоде, имеющем паразитиую индуктивность и емкость, при некоторой частоте могут возникнуть условия для резонанса, что нарушит нормальную работу схемы с туииельиым диодом.
Поэтому резоиаисиая частота туннельного диода )в является еще одним параметром, характеризующим частотиые свойства туннельного диода. Резонансную частоту туииельиого диода можно определить из соотиошеиия (3.104а) при условии равенства нулю мнимой части полного сопротивлеиия диода; вмСв. = р г лсГ, тогда (3.109) Туииельиые диоды должиы быть сконструированы так, чтобы резонансная частота была выше предельиоа резистивиой частоты !32 (юв ) юв), тогда возможные иежелательиые резонансные явления возникают только иа частотах, иа которых туииельиый диод уже ие будет обладать отрицательным диффереициальиым сопротивлеиием. Неравенство мв ) юв с учетом соотиошеиий (3.109) и (3.106) преобразуем следующим образом: ). - га ! г- ! Сшр. Следовательно, иидуктивиость эквивалеитиой схемы туннельного диода, которая определяется в основном видуктивиостью виутреииих и виешиих выводов диода, должна быть по возможности малой.
Поэтому виутреииие а внешние выводы у туивельиых диодов делают ие из тонкой проволоки, а из плющеики или в виде мембран, пластин и т. п. б зла оврицвнныв диоды Обрвщеииым ивзыввюг диод ив основе полупроводники с крнтмчесвой ионпеитрииней примесей, в котором проводимость при обрвтиом иппряженнн вследствие туннельного з4и$ектв зилчнтсльио больше, чем прн прямом иппряжеини. При концентрациях примесей в р- и и-областях диода, меиьших, чем в туииельиых диодах, ио больших, чем в обычных выпрямительиых диодах, можно получить диод, энергетическая диаграмма которого паказаиа иа рис. 3.63, а.
Уровень Ферми при такой сред- р л пизь а! Рнс. 3.63. Энергетнческвя днвгрвммв (о) н ВАХ (б) обращенных диодов ией концентрации примесей может быть расположен иа потолке валеитиой зоны р-области и ва дие зоны проводимости л-области диода, т. е. потолок валеитиой зоны р-области и дио зоны проводимости и-области при нулевом смещении иа диоде иаходятся иа одной высоте по энергетической диаграмме. Обратная ветвь ВАХ обращенного диода аналогична обратной ветви ВАХ туннельного диода, так как при обратных напряжениях происходит туииелироваиие электровоз из валеитиой зоны р-области в зону проводимости л-области.
Поэтому обратные токи в !33 обращенных диодах оказываются большими при ничтожно малых обратных напряжениях (десятки миллнвольт) . Прямая ветвь ВАХ обращенного диода аналогична прямой ветви ВАХ обычного выпрямнтельного диода, так как прн прямых напряжениях на обращенном диоде прямой ток может быть образован только в результате инжекцнн носителей заряда через потенциальный барьер р-л-перехода.
Но заметная ннжекция может наблюдаться только прн прямых напряжениях в несколько десятых долей вольта. Прн меньших напряжениях прямые токи в обращенных диодах оказываются меньше обратных (рис. 3.63, б) . Таким образом, обращенные диоды обладают выпрямляющим эффектом, ио пропускное (проводящее) направление у инх соответствует обратному включению, а запирающее (непроводящее)— прямому включению. Из принципа действия обращенных диодов ясно, что они, вопервых, способны работать иа очень малых сигналах.
Во-вторых, должны обладать хорошими частотнымн свойствами, так как туннелированне — процесс малоннерционный, а эффекта накопления неосиовных носителей при малых прямых напряжениях практически нет. Поэтому обращенные диоды можно использовать на СВЧ. В-третьих, нз-за относительно большой концентрации примесей в прилегающих к р-л-переходу областях обращенные диоды оказываются мало чувствнтельиымн к воздействиям проникающей радиации. 4 з.зт. Вдрмкдпы Внрпкпп — этч иелуироведигпсэвьпт диод, действие которого осиовпно нп нспользовпнин зпвнснмостн емкости от обрптного нппряжеиня н которнй преднпзнпчен для применения в клчестпе элемеитп с электрически управляемой емкостью. Как было показано в $2.8 н 3.6, диод обладает барьерной и диффузионной емкостями. В качестве варнкапав используют только диоды прн обратном постоянном смещении, когда проявляется только барьерная емкость.
Диффузионная емкость проявляется при прямом смещении диода, когда проводимость его велика н велики потери мощности из-за относительно больших активных токов через диод. Зависимость емкости от напряжения смещения различна для варнкапов, изготовленных методом диффузии илн методом вплавления примесей (см. $2.8) . В сплавных варнкапах с резким р-л-переходом зависимость барьерной емкости от напряжения смещения получается более резкая.
Связано это с тем, что глубина проникновения электрического поля в материал зависит от удельного сопротивления этого материала. В сплавном варикапе слои базы, прилегающие к переходу, легнрованы равномерно, а в диффузионном— прн удалении от перехода концентрация нескомпенснрованных примесей увеличивается, т. е. уменьшается удельное сопротивление. Поэтому для получения еще более резкой зависимости емкости 184 варикапа от напряжения смещения необходимо создавать в базе варикапа аномальное распределение нескомпенснрованных примесей с градиентом концентрации другого знака по сравнению со знаком градиента концентрации в базе диффузионного диода (рнс. 3.64).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
