Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Особый интерес представляют диоды с накоплением заряда (ДНЗ) 1441, у которых время восстановления аначительно меньше времени рассасывания, так что выброс обратного тока имеет почти прямоугольную форму. Такое соот- НОШЕНИЕ ВРЕМЕН Ге Н Гр (Обратисс ПО ОТНОШЕНИЮ К ОбЫЧНЫМ дИОдан) дсетнтастея благодаря наличию то р м о з я щ е г о электрического поля в базе. Тормознщее поле споссбствуег скоплению инжектированных носителей вблизи змиттера и тем самым — малому остаточному заряду в конце агапа рассасывания. Внутреннее тормозящее поле обеспечивается неоднородностью базы. При достаточно большом обратвом токе (Гз/Гг >!О) отношение гьгсз у ЛНЗ может составлять 0,2 — О,З и менее.
Такая прямоугольная форма имйулзьсов используется в генераторах гармоник, умножителях частоты, диодных усилителях, формирователях импульсов н других схемах. Гаева третья РАЗНОВНДНОСТН ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДНОДОВ Теория и свойства плоскостных полупроводниковых диодов, изложенные в предыдущей главе, лежат в основе всех других типов диодов, количество которых в настоящее время довольно велико. Специфика каждого из этих специальных диодов требует особого анализа, но мы ограничимся их качественной характеристикой в той мере, в какой это полезно при разработке транзисторов и интегральных схем.
3-1. 'ХОЧЕЧИЫЕ ДИОДЫ Ллаетынаа 6) Рнс. 3-1. Конструкция точечного диода (п) и структура его переход (б). Точечные (или точечно-контактные) диоды (рис. 3-1) появились намного раньше плоскостных. Однако процессы, происходящие в них, сложнее и до сих пор полностью не изучены. Эффект выпрямления на границе между металлической иглой р-ее и пластинкой полупроводника ее имеет место даже при простом их соприкосновении.
Однако более надежный точечный контакт полу- а) чают путем так называемой форл1оаки 1471. Процесс формовки заключается в пропускании через собранный точечный диод сравнительно мощных, но коротких импульсов тока в прямом или обратном направлении. Количество, величина и длительность формующих импульсов выбираются на основании опытных данных, Общей Целью формовки является сильный местный нагрев контакта, при котором происходит своеобразное сплавление кончика иглы с полу- проводником. Сплавление обеспечивает стабильность и механическую прочность контакта, что и было первоначальной целью формовки.
Однако, как выяснилось позднее, при сплавлении происходит также изменение типа проводимости в тонком слое полупроводника, прилегающем к игле. Это превращение объясняется диффузией определенных примесей из иглы в полупроводник при сильном разогреве и частичном расплавлении обоих элементов в месте контакта. Например, в случае, когда исходная пластинка германия имеет электронную проводимость, а материалом иглы является бериллиевая бронза, может происходить диффузия бериллия в германий. Бериллий, будучи акцептором по отношению к германию, обусловливает наличие тонкого р-слоя в германии вблизи иглы (рис. 3-1).
Как видим, в данном случае получается р-и переход, правда, своеобразной (не плоской) конфигурации и малой площади. Обычно при анализе форму перехода в точечном диоде принято считать полусферической, по, несомненно, близко к действительности '. Отыетим характерные особенности точечных переходов и диодов. Очевидно, что малая площадь перехода обусловливает малую емкость перехода, но и малую допустимую мощность. Значения допустимых прямых токов у точечных диодов значительно меньше, чем у плоскостных, а эффективное сопротивление базы больше из-за малой площади эмиттера '. Сопротивления базы у точечных диодов составляют десятки и сотни ом, допустимые мощности рассеяния около 10 мВт, а прямые токи обычно не больше 1Π— 20 мА.
Существенное превышение допустимого така (даже в течение короткого интервала времени) приводит у точечных диодов к «переформовке» контакта и ухудшению или утрате выпрямляющих свойств. Для прямой вольт-амперной характеристика точечного диода выражение (2-33) недействительно, так как даже при очень небольших токах уровень инжекции (2-69) оказывается весьма высоким из-за малой площади перехода Для начального участка характеристики приемлемо выражение (2-79б), в котором гп = 2. При больших х Возникновение р-н перехода в процессе формовки — весьма наглядвый, но не единственный механизм, обьясняющйй вентнльные свойства точечного диода.
В общем случае формовка обеспечивает лишь хороший контакт иглы с пластинкой, а нелинейность вольт-амперной характеристики обусловлена наличием обедненного приповерхносгного слоя в системе «металл-полупроводннк» (см. рис. 2-15). Для этого, если задая тип полупроводника (кремний, германий н т. п.), необходимо, разумеется, подбирать металл с соответствующей работой выхода. Еще один вариант точечного диода (не связанный с формовкой) основая на образовании обедненного слоя благодаря достаточно высокой плотности поверхностных состояний (см. с.
!27). В этом случае игла играет роль простого ояического контакта с поверхностью полупроволника. я Сопротивление базы при полусферическом змиттере выражается следующим образом: па «е = — г гле д — диаметр змиттерной полусферы (обычно около 1Π— й) мкм). тонах уровень инжекции получается настолько высоким, что экспоненциальная харантеристика вырождается и приближается к параболической (2-80). Такому вырождению способствует сравнительно большое отношение р,/ р«, так как эмиттер специально не легирован. Особенно сильно различаются статические характеристики точечных и плоскостных диодов в области обратных токов (рнс.
3-2). Поснольку площадь перехода мала, мал н тепловой ток У«. Однако участок насыщении небольшой и обычно плохо заметен, так как уже при сравнительно небольших напряжениях (несколько вольт) обратный ток существенно возрастает за счет утечек, а также за счет заметного повышения температуры перехода (теплоотвод затруднен малой площадью контакта, и тепловое сопротивление Й~ велико).
Х ил Важной особенностью обратной ха- Ц„«к рантеристики является участон с отри- Н-бш -ю -20 Хо цательным дифференциальным сопро- 0 тивленнем, который обусловлен тепловым пробоем (см. з 2-7, рис. 2-30). Этот гл=О~ »л«э участок по праву называют «участком Лосева», так как советский физик О. В. Лосев (48) первым использовал его в 1922 г. в схемах усилителей и генераторов (иристадины). Несмотря на Рис. 3-2. Статическая харак- принципиальную ценность указанного г«Ристиха точечного виола. участка, его практическое использование нецелесообразно вследствие большого разброса значения отрицательного сопротивления и координат начала и конца участка, плохой стабильности во времени и малого срока службы диода в таком перенапряженном режиме.
Кроме того, частотный предел в схемах, использующих участок Лосева, очень невелик (десятки — сотни килогерц) из-за инерционности тех тепловых процессов, которые лежат в основе отрицательного сопротивления. Однако основная идея О. В. Лосева — возможность усиления и генерации с помощью полупроводниковых двухполюсников — широко реализуется с помощью новых типов диодов, например диодов Ганна (81 и туннельных (см. э 3-3). Переходные процессы протекают в точечных диодах качественно так же, как и в плоскостных (см.
5 2-9). Количественные различия свизаны с меньшими площадью перехода и временем жизни. Время жизни у точечных диодов меньше, чем у плоскостных, так как роль поверхностной рекомбинации возрастаег с уменьшением площади перехода. Поскольку длительность всех этапов переилючения пропорциональна времени жизни (см.
5 2-9, где 8. = ьт), при прочих равных условиях повышается скорость переходных процессов и расширяется рабочий диапазон частот. Поэтому точечные диоды до сих пор используются в высокочастотных схемах. Однако за последние несколько лет в связи с освоением технологии диодов Шоттки (см. 9 3-4) и тенденцией испольэовать групповые методы изготовления, свойственные микрозлектронике, точечные диоды утрачивают свое значение в электронной технике. Обширный и своеобразный класс точечных полупроводниковых диодов составляют германиевые и кремниевые детекторные диоды, применяющиеся главным образом в технике СВЧ [16, 49). Технологическая особенность детекторных диодов заключается в весьма низкоомиом материале базы и очень малом (2 — 3 мкм) радиусе точечного контакта.
Низкое удельное сопротивление базы (примерно 0,01 — 0,001 Ом.см) обусловливает очень малое время жизни носителей, что вместе с малой пло- щадью контакта объясняет хорошие частотные свойства, необходимые для работы в области СВЧ. Г-й еде ектрод Рис, 3-4. Конструктивные варианты детекторных диодов. Рис. З-З. Статическаи характери- стика детекторного диода. " Обычно в области СВЧ удобнее не ерасчленнты уровень сигнала иа наирнжение и ток, а сперировать ыоитнсспно. Однако по параметрам вольт-амперной характеристики детекторные диоды значительно уступают высоковольтным точечным диодам (рис.
3-3). Напряжение пробоя у детекторных диодов составляет всего 3 — 5 В, так как при малом удельном сопротивлении базы переход получается очень узким и напряженность поля в ием велика даже при малых напряжениях. Тепловой ток, пропорциональный величине ра (см. $ 2-6), весьма мал, но рост обратного тока начинается практически с нуля, так как при очень узком переходе носители проникают через потенциальный барьер вследствие туннельного эффекта. Прямые напряжения из-за малого значения 1е относительно велики (см.
(2-37)!. Отмеченные недостатки не столь существенны для детекторных диодов, так как смесители и преобразователи СВЧ, в которых они используются, работают от малых сигналов (сотые доли вольта' н меньше). Для таких диодов помимо рабочей частоты важны такие параметры, как коэффициент шума, коэффициент преобразовании и др.
Зги параметры могут быть достаточно хорошими, несмотря на «плохую» (с точки зрения «обычных» диодов и обычных электронных схем) вольт-амперную характеристику. Конструкция детекторных диодов обычно приспособлена к сочленению с элементами волноводов, измерительных головок и других деталей систем СВЧ (рис, 3-4). З-З. ПОЛУЕРОВОДННИОВЬаБ СТАБИЛИТРОНЫ иА 0 1 Е Х Б Аналогом газонаполненного стабилизатора напряжения (стабилитрона) служит кремниевый плоскостной диод, работающий в области пробоя [16!. Такой аполупроводниковый стабилитрон» по большинству параметров превосходит газоразрядный (табл. 3-1) и, главное, может иметь несравненно меньшие рабочие напряжения, что совершенно необходи- Р мо в транзисторных схе- 1 иА лраа мах, практически всегда В г р т' Р 3 й а 9 низковольтных. тр " 1аили1а ~ Выбор кремния в ка- рл', честве материала для по- р„р,а зр лупроводниковых стабили- го „, тронов обусловлен глав- лит! ным образом малым обрат- чр ным током.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
