Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Как н в других диодах, сопротивление базы варнкапа должно Рис. 3.63. Структура вврнивпп с мэлмм сопротивлением базы Рис. 3.64. Распределение коипеитрзпин нескомпеи. снровпнимк примесей в структуре вврнкппв с резкой зввисимостью емкости от нвпряжеиия быть по вазможности малым. Одновременно для большего пробивного напряжения необходимо большее удельное сопротивление слоев базы, прилегающих к р-л-переходу. Таким образом, база варнкапа должна состоять нз двух слоев (рнс. 3.64 н 3.66). Основная часть базы — подложка — должна быть низкоомной. Тонкий слой базы, прилегающий к переходу, должен быть высокоомным.
Основные параметры !85 1. Емкость варикала С, — емкость, измеренная между выводами варнкапа прн заданном обратном напряжении. Для различных варикапов емкость может быть от нескольких единиц до нескольких сотен пниофарад. 2. Коэффициент перекрытия ло емкости Кс — отношение емкостей варнкапа прн двух заданных значениях обратных напряжений. Значение этого параметра составляет обычно несколько единиц.
3. Добротность варикала 9, — отиошеиие реактивного сопротнвлення варикапа на заданной частоте переменного сигнала к сопротивлению потерь прн заданном значении емкости или обратного напряжения. Добротность — это величина, обратная танген. су угла диэлектрических потерь. Добротность варнкапов изме- ряют обычно при тех же напряжениях смешения, что и емкость. Значение добротности — от нескольких десятков до нескольких сотен.
Частотные свойства Изменение барьерной емкости лри изменении напряжения на р-н-лереходе и перезарядка этой емкости под действием изменяющегося напряжения обусловлены смещением основных носителей заряда в прилегающих к переходу областях. Постоянная времени этого процесса — время релаксации т = = еево. !8ар Приняв о = 10 ' Ом.см и е= !6 (для германна), получаем т = 1,4. 10 "с. Значит, инерционность процессов перезарядки барьерной емкости варнкала нод действием изменяющегося напряжения может сказываться только иа очень высоРас Заа Э в ая кнх частотах.
Оцнако в ваРикапе (как н схема варааапа хая ара- в любом другом лолулроводннковом диорваага хнаяааваа частот де) есть объемное сопротивление базы га и активное сопротивление р-и-перехода г„,р (рнс. 3.66), которые могут привести к снижению добротности варнкапа прн высоких или низких частотах. Прн низких частотах в эквивалентной схеме варикапа можно не учитывать малое сопротивление базы га по сравнению с большим емкостным сопротивлением барьерной емкости и большим активным сопротивлением перехода. Таким образом, при низких частотах упрощенная эквивалентная схема варнкапа представляет собой параллельное соединение барьерной емкости и сопротивления перехода. Для параллельной схемы замещения тангенс угла диэлектрических потерь (ай= ! ррр Са добротность !чрнр = аргаерСачр = 2я)гпчрСрвр ° Следовательно, добротность варикапа при низких частотах растет с увеличением частоты, так как изменяется соотношение между реактивной и активной проводимостями варикапа (рис.
3.67). Таким образом, варикапы, применяемые на очень низких частотах, должны иметь высокие значения произведения дифференциального сопротивления р-и-перехода и барьерной емкости г„,,С„,. Значение этого произведения не зависит от плошади перехода, так как барьерная емкость пропорциональна, а дифференциальное сопротивление обратно пропорционально площади р-л-перехода. Ясно, что дифференциальное сопротивле- !88 ине р-н-перехода будет больше, если значения плотности постоянных обратных токов будут меньше.
Поэтому для изготовления низкочастотных варикапов целесообразно использовать полупроводниковые материалы с большой шириной запрещенной зоны (кремний, арсенид галлия и т. д.). При высоких частотах в эквивалентной схеме варикапа можно не учитывать большое активное сопротивление перехода ло сравнению с малым (лри высокой частоте) парал- р~л лельно включенным емкосгиым сопротивлением барьерной емкости. Но прн этом нельзя лреиебрегать сопротивлением базы, которое может оказаться сравнимым с емкостным сопротивлением барьерной емкости.
Таким обра- гу~ зом, лри высоких частотах улрощенная эквивалентная схема варикапа представляет собой последовательное соединение барьерной емкости и сопротивления базы. Для последовательной схемы замещения тангенс угла диэлектрических потерь 1д 6 = мгрСрар добротность ! ! (чре†ррраеарр зя(раСаар Следовательно, добротность варикапа при высоких частотах уменьшается с увеличением частоты, так как уменьшается отношение реактивного сопротивления варикапа к сопротивлению потерь (рис.
3.67). Варикапы в основном применяют на высоких и сверхвысоких частотах. Поэтому определение одного из основных параметров варнкапа — добротности — соответствует именно последовательной схеме замещения. Таким образом, варикапы, применяемые иа высоких и сверхвысоких частотах, должны иметь малые значения дифференциального сопротивления базы бь В рабочем диапазоне постоянных смещений варикапа, т. е.
лрн обратных напряжениях, сопротивление базы можно считать неизменным. Тогда дифференциальное сопротивление базы, равное ее статическому сопротивлению, для плоскостного варикапа можно определить ло формуле гб нй~/3 (3.110) где йг — толщина базы варнкала; 5 — ллощадЬ )р-н-перехода. Из формулы (3.110) следует, что уменьшить дифференциальное нли статическое сопротивление базы варнкапа можно путем выбора исходного полулроводникового материала с большей подвижностью носителей заряда (арсенид галлия, германий с злектропроводностью и-тина и т. д.).
!87 Уменьшать сопротивление базы варикапа путем увеличения концентрации носителей заряда нецелесообразно, так как при увеличении концентрации носителей заряда будут уменьшаться подвижность носителей заряда (см. $1.9) и пробивное напряжение варнкапа (см. 5 3.11). Для уменьшения сопротивления базы без уменьшения пробивного напряжения базу варикапа делают двухслойной (см. рис.
3.65). При этом ниэкоомный слой базы представляет собой подложку относительно большой толщины, обеспечивающей необходимую механическую прочность структуре прибора. Высокоомный слой базы с тем же типом электропроводности имеет малую толщину (несколько микрометров). Он может быть создан методом эпитаксиального наращивания. $3.33.
Иддвжность диОдОВ Общие понятия надежности Надежность полупроводниковых диодов обычно значительно выше надежности других элементов радиоэлектронной аппаратуры. Однако в связи с усложнением схем требуется дальнейшее повышение надежности полупроводниковых диодов. Количественно надежность связана с числом отказов, т.е. с числом нарушений работоспособности приборов в течение определенного промежутка времени. По характеру изменения параметров отказы полупроводниковых диодов, как и других приборов, могут быть двух видов: 1) катастрофические„или внезапные, возникающие в результате скачкообразного изменения одного или нескольких параметров прибора; 2) условные, нли постепенные, возникающие в результате плавного изменения основных параметров прибора. Условность отказа определяется выбором критериев годности.
Условно отказавший прибор может быть фактически работоспособным в радиоэлектронных схемах нли частично утратившим свою работоспособность. Основные причины отказов Катастрофические отказы полупроводниковых диодов могут быть обусловлены недостатками конструкции илн технологии, а также неправильной эксплуатацией диодов. Из-за различия коэффициентов теплового расширения сочлеияющихся деталей может происходить механическое нарушение контакта или растрескиваиие кристалла полупроводника при изменении температуры диода.
Эта причина катастрофического отказа относится к конструктивным недостаткам прибора. В высокочастотных диодах размеры электродов составляют иногда от единиц до десятков микрометров. Внутренние выводы от таких электродов выполняют в виде очень тонкой проволоки, иногда в несколько микрометров. Такую проволоку трудно изготовить строго одного сечения по длине, что может обусловить пе. регоранне внутреннего вывода даже прн нормальных нагрузках по току.
К перегораиию может привести и излишняя длина внутреннего вывода, так как по длине проволоки возникают значительные перепады температур, Наиболее частой причиной катастрофических отказов является неправильная эксплуатация диодов. Так, даже очень кратковременные импульсы токов н напряжений, превышающие допустимые значения, могут привести к необратимому пробою р-и-перехода диода в связи с тем, что пробой часто происходит по неоднородностям в р-л-переходе. При этом плотности тока в отдельных частях р-н-перехода могут оказаться недопустимо большими, произойдет шнурование тока с резким увеличением удельной мощности, выделяющейся в шнуре. Подобные эффекты возможны в полупроводниковых диодах даже при прохождении коротких импульсов тока с амплитудой, не превышающей допустимого значения постоянного тока.
К неправильной эксплуатации полупроводниковых диодов следует отнести размещение их вблизи нагревающихся элементов схемы, что способствует перегреву диода, а также крепление диода способом, ухудшающим условия теплообмена с окружающей средой. Условные отказы в полупроводниковых диодах, связанные с медленным изменением их параметров, чаще всего вызваны физическими и механическими процессами на поверхности н в объеме полупроводникового кристалла, сплавов н нрнпоев. В $3.14 было рассмотрено влияние поверхностных состояяий иа основные параметры полупроводниковых диодов.
При изменении поверхностных состояний могут существенно изменяться обратные токи и пробивные напряжения диодов. Дан стабилизации поверхностных состояний кристалл полупроводника с р-л-переходом помещают внутрь герметичного корпуса. Одним из основных факторов, определяющих нестабильность поверхности полупроводника, является влага. Какими бы тщательиымн ии были герметизация прибора н предварительный отжиг деталей, все же некоторое количество влаги попадает в прибор и влияет на стабильность его характеристик. Для поглощения остаточной влаги в корпус прибора часто помещают влагопоглощающее вещество — сорбент (силикагель, алюмогель нлн цеолит). Однако влагопоглотнтель способен выполнить свои функции только при хорошей герметичности корпуса. При наличии же микротрещин в проходных изоляторах через сотни и более часов работы диода внутрь корпуса наберется такое количество влаги, которое вызовет нестабильность электрических характеРистик диода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
