Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 88
Текст из файла (страница 88)
1!.2, Расчетные зависимости иоэффнциеита нелинейности вариссоров нз материалов с различным значением коэффициента темпе- ратурной чувствительности В: о — еч ваиряжении; б — от температуры аитнвноа области Тогда с учетом соотношений (11.7) и (11.8) коэффициент нелинейности варистора Ю Т +ВТ вЂ” ВТа (11.9) Т' — ВТ+ВТ, ' На рис. 11.2 показаны расчетные зависимости коэффициента нелинейности от напряжения н температуры активных областей варнсторов из материалов с различными значениями коэффициента температурной чувствительности В поверхностных слоев кристаллов. 4!6 Для определенна положения максимумов этих зависимостей проднфференцируем (11.9) по температуре и приравняем производную нулю.
Тогда получим условие Т=2Та, при котором коэффициент нелинейности имеет максимальное значение: 4Та+ В Реал — — —. 4Та — В (! !.!О) О ГО ГО УО 4О иоллгО Р = (Тс!!'/(И(7) = сопз! . 4уу Из соотношения (11.10) следует, что при В .,4Т, должны наблюдаться нелинейные ВАХ с положительным коэффициентом нелинейности.
Максимальный коэффициент нелинейности должен быть равен бесконечности при В = 4Те. Если В= 4То, то у варистора должно наблюдаться отрицательное дифференциальное сопротивление, коэффициент нелинейности при этом тоже будет отрицательным. На основе этих расчетов (рис. 11.2, б) можно заключить, что температура активных областей варнстора может превышать температуру окружающей среды па несколько сотен градусов. Следовательно, для изготовления варисторов со стабнльиымн параметрами необходим термостойкнй материал. Именно поэтому прн массовом производстве варнсторов используют карбид кремния — один из самых термостойкнх материалов. Одновременно поликристаллическнй карбид кремния является очень дешевым материалом. Основными примесями в техническом карбиде кремния являются азот и алюминий.
Энергия ионизации этих примесей в карбиде кремния невелика (особенно прн большой концентрации основных и компенсирующих примесей, что имеет место в техническом карбиде кремния), соответственно мало и значение коэффициента тем- -ур.с пературной чувствительности В. Поэтому коэффициент нелинейности ва- го ристоров ие превышает 6, что ограничивает возможные применения ва- г гоо ристоров. Увеличение температуры окружающей среды должно привести к уменьшению коэффициента нелинейности Рнс ! !.3.
Расчетная завнсн- (11.9) и незначительному сдвигу мость иоэффнцнеита нелиней- ности варистора от напряже- максимума кривой Р = 1((7) по напра ния при различных температуженню (рис. 1!.3). рах !В = ООО К! Волы-амнерная характеристика варистора, как было отмечено, должна соответствовать уравнениям (1!.5) и (11.6). Если же варистор работает в узком диапазоне изменений напряжений и токов, то коэффициент нелинейности в этом диапазоне можно считать постоянным: 1 А()9 (11.1! ) Тогда Г)йТТТ=й~йи1Ь; !и Т=й)п и+ )п А и ВАХ варистора будет соответствовать уравнению Используя уравнения (1!.15) — (11.18), определим соотношения между различными температурными коэффициентами варистора: ТК)с!с ...и —— ()Ткгс!! ...и, ТКТ!...„„= — ()ТКи),=,.„и .
где А — коэффициент, значение которого зависит от типа варистора и от температуры. Иногда ВАХ варисторов аппроксимируют уравнением 0 = А!!' (11.12) где а=1/5 и А!=А ив=А Используя уравнения (1!.11) н (1!.12), статическое сопротивление варистора можно выразить как функцию тока или напряжения: г(Т)=А Т!" '; г(и)=А(()! -в. (11.! 3) (11.14) Ткйв= ! дк Р дт в=сопв! = ТК'4! + ( 1)ТК)!и- (11.
15) ! дк ТКЯ!=.. =-,— дт 1,=,=„= (! 1.16) = ВТКА +(1 — Р)ТКЦ!! ...и ! ТКЛо и т дт ~с ! ))ТКА! (11'!Т) ТК()!!=""" и дт ~ '. = ТКА! (11'18) При малых напряжениях на варнсторе, когда коэффициент нелинейности 5= 1, т. е. иа линейном участке ВАХ тКА = — — = тки! = — — . (11.10) ! дх~ В л, дт т 4!З Температурные коэффициенты статического сопротивления, напряжения и тока.
В связи с нелинейиостью ВАХ следует различать температурные коэффициенты статического сопротивления варистора, измеренные при постоянных напряжении или токе, а также температурные коэффициенты напряжения и тока. Из уравнений (11.11) — (11.14) с учетом температурного изменения коэффициентов А и А! получим: У варисторов, выпускаемых отечественной промышленностью, в диапазоне температур от — 40 до +100'С вЂ” Ткй!и- О,!=ТК4!с-„„!(7 10 'К вЂ” ТКг!!-, „= — ТКО ! =„„и ~ 1,4 10 'К Из уравнений (11.15)...(1!.19) и (1!.10) следует, что у варисторов с большим значением максимального коэффициента нелинейности должны быть большие по абсолютному значению температурные коэффициенты сопротивления, тока и напряжения.
Между максимальным коэффициентом нелинейности и температурными коэффициентами сопротивления, тока и напряжения должна быть взаимосвязь, так как оии зависят от коэффициента температурной чувствительности В: (р... + !)т. (!1.20) Экспериментально такая взаимосвязь наблюдается, но расчет температурного коэффициента тока варистора по уравнению (11.20) дает несколько завышенные результаты.
Числовые расхождения можно обьяснить, во-первых, наличием добавочных сопротивлений, включенных последовательно и параллельно сопротивлениям активных областей варистора, н, во-вторых, тем, что температура среды, окружающей активные области варистора, несколько выше температуры среды, окружающей весь ва ристор. Частотные свойства варисторов могут определяться либо инерционностью процессов, приводящих к нелинейности ВАХ, либо собственной емкостью варистора. Инерционность разогрева н охлаждения активных областей под точечными контактами между кристаллами очень мала. Поэтому частотные свойства варисторов определяются временем перезаряда их собственной емкости.
гпз. влвистовы из онси)(иык полхпвоводииков Исходным материалом для таких варисторов является окснд цинка ХпО, легированный примесями висмута, кобальта н других элементов. Варисторы из оксидных полупроводников делают методом керамической технологии, которая, однако, имеет ряд особенностей, отличающих ее от технологии производства электроизоляциоииых изделий. Особенности эти обусловлены тем, что 4!9 нелинейность ВАХ варисторов из оксидных полупроводников связана не со свойствами основной составляющей полупроводниковой керамики -- кристаллитами, а со свойствами межкристаллитных прослоек и потенциальных барьеров на поверхности кристаллитов.
Поэтому кроме традиционных требований обеспечения достаточной плотности с минимальной пористостью обожженного материала при изготовлении варисторов надо обеспечить высокоомность межкристаллитного слоя, сопротивление которого должно превышать сопротивление объема кристаллитов. Несмотря на то что первые исследования нелинейных ВАХ кристаллов оксида цинка были проведены еще в 20-х годах О.
В. Лосевым в Нижегородской радиолаборатории, а технология первых варисторов из оксидных полупроводников была разработана в 60-х годах, до сих пор нет четкого понимания принципа действия этих варисторов. Поэтому технология их изготовления имеет эмпирический характер. Отличием варисторов из оксидных полупроводников от варисторов из карбида кремния является возможность относительно просто получить большую нелинейность ВАХ. Коэффициент нелинейности варисторов из оксида цинка может составлять несколько десятков.
Отрицательной особенностью варисторов из оксндных полупроводников является нх меньшая стабильность как при работе, так и при хранении. Именно поэтому варнсторы из оксидных полупроводников до сих пор не получили широкого распространения. Контрольные вопросы !. Какой физический процесс можно считать основным при работе варнсторов нз карбида кремния в диапазоне средних и больших токов? К Какими уравнениями можно аппроксимировать ВАХ варнстора из карбида кремния? Когда удобнее использовать ту нлн иную форму аппроксимации? 3. Что такое коэффициент иелииейностя варистора? 4.
Почему у варисторов из карбида кремния с большим коэФфициентом нелинейности наблюдается больший температурный коэффнцнеиз сопротивления? 5. Почему у одного и того же варнстора различны значения температурных кпэффицнеитов сопротивления, измеренные прн постояииык напряжении нли токе? глава Полупроводниковые приборы на аморфных полупроводниках $12.1. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ ИА АМОРФНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ Переключатель на аморфном полупроводнике — это полупроводниковый прибор. который имеет симметричную вольт-ампериую характеристику с участками отрицательного дифференциального сопротивления.
т. е. может находнтьсн в закрытом (высокоомиом! и открытом (нмзкоомном) состояниях, ио для поддержания открыто~о состояния через прибор должен непрерывно проходить достаточно большой твк. Структура переключателей Аморфные, нли стеклообразные, полупроводники можно разделить на океидные, элементные и халькогенидные (или бескнслородные). Оксидные аморфные полупроводники нли стекла состоят из оксидов различных элементов.
Элементные аморфные полупроводники или элементные стекла могут быть изготовлены из таких элементов, как селем, сера, теллур, германий и фосфор. Из элементных стекол наиболее широко применяется аморфный селен. Халькогенидиые стекла состоят из сульфндов, селенидов и теллурндов различных элементов, т. е. из соединений, аналогичных оксидам, в которых роль кислорода выполняют его аналоги — сера, селен и теллур.
Переключатели делают обычно на основе халькогенидных стекол, например, такого состава ТечвАззэбе!эЯ!з. Халькогенидное стекло наносят на полированную подложку из графита методом вакуумного осаждения при испарении. Толщина пленки халькогенидного стекла от единиц до сотен микрометров. Одним электродом переключателя является графитовая подложка. Вто- 42! рым электродом служит тонкий слой металла, нанесенного нв пленку халькогенндного стекла также методом испарения в вакууме с последующей конденсацией. Механизм переключении Переключатель может находиться в двух состояниях: в закрытом состоянии с большим сопротивлением н в открытом состоянии с малым сопротивлением (рис. 1'2.1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
