И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Эта емкость у специальных диодов для импульсной работы не превышает единиц пикофарад. Если импульс прямого тока имеет длительность значительно большую, чем длительность рассмотренных переходных процессов, то импульс обратного тока получается во много раз более коротким (рис. 3.15, в) и его можно не принимать во внимание. Импульсные диоды, помимо параметров т, и С, характеризуются еще рядом параметров. К ним относятся постоянное прямое напряжение 1)„р, постоянный прямой ток 1,р, обратный ток 1,г„ обратное напряжение 11,ер, максимальные допустимые обратное напряжение 11,ер и и высота импульса прямого тока 1„р„,„.
3.8. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ Полупроводниковые диоды подразделяются на группы по многим признакам. Бывают диоды из различных полупроводниковых материалов, предназначенные для низких или высоких частот, для выполнения различных функций и отличающиеся друг от друга по конструкции. В зависимости от структуры различают точечные и ллоскоснзные диоды. У точечных диодов линейные размеры, определяющие площадь л — р-перехода, такие же, как толщина перехода, или меньше ее. У плоскостных диодов эти размеры значительно больше толщины перехода. Точечные диоды имеют малую емкость л — р-перехода 1обычно менее 1 пФ) и поэтому применяются на любых частотах вплоть до СВЧ.
Но они могут пропускать токи не более единиц или десятков миллиампер. Плоскостные диоды в зависимости от площади перехода обладают емкостью в десятки пикофарвд. Поэтому их применяют на частотах не выше десятков килогерц. Допустимый ток в плоскостных диодах бывает от десятков миллиампер до сотен ампер. Основой точечных и плоскостных диодов являются пластинки полупроводника, вырезанные из монокристалла, имеющего во всем своем объеме правильное кристаллическое строение.
В качестве полупроводниковых веществ для точечных и плоскостных диодов применяют чаше всего германий и кремний, а в последнее время также арсенид галлия 1ОаАа) и другие соединения. Принцип устройства точечного диода показан на рис. 3.16. Тонкая заостренная проволочка (игла) с нанесен- Рнс.
3.16. Принцип устрой- ства точечного лнода ной на нее примесью приваривается при помощи импульса тока к пластинке полупроводника с определенным типом электропроводности. При этом из иглы в основной полупроводник 'диффундируют примеси, которые создают область с другим типом электропроводности. Этот процесс называется формовкой диода. Таким образом, около иглы образуется миниатюрный и — р-переход полусферической формы. Следовательно, разница между точечными и плоскостными диодами заключается в площади и — р-перехода. Германиевые точечные диоды обычно изготовляются из германия и-типа со сравнительно большим удельным сопротивлением. К пластинке германия приваривают проволочку из вольфрама, покрытого индием.
Индий является для германия акцептором. Полученная область германия р-типа работает в качестве эмиттера. Для изготовления кремниевых точечных диодов используются кремний л-типа и игла, покрытая алюминием, который служит акцептором для кремния. Плоскостные диоды изготовляются главным образом методами оплавления 1вплавления) или диффузии 1рис. 3.17). В пластинку германия л-типа вплавляют при температуре около 500'С каплю к а) л Рис.
3.17. Принцип устройства плоскостных германневых диодов, изготовленных сплав- ным (и) и диффузионным (б) методом индия, которая, сплавляясь с германием, образует слой германия р-типа. Область с электропроводностью р-типа имеет более высокую концентрацию примеси, нежели основная пластинка сравнительно высокоомного германия, и поэтому является эмиттером. К основной пластинке германия и к индию припаивают выводные проволочки, обычно из никеля. Если за исходный материал взят высокоомный германий р-типа, то в него вплавляют сурьму и тогда получается эмиттерная область л-типа.
Следует отметить, что сплавным методом получают так называемые резкие, или ступенчатые, л — р-переходы, в которых толщина области изменения концентрации примесей значительно меньше толщины области объемных зарядов в переходе. Диффузионный метод изготовления и — р-перехода основан на том, что ато- 53 мы примеси лиффундируют в основной полупроводник. Примесное всшество при этом обычно находится в газообразном состоянии.
Для того чтобы диффузия была интенсивной, основной полупроводник нагревают до более высокой температуры, чем при методе сплавления. Например, пластинку германия и-типа нагревают до 900 "С и помешают в пары индия. Тогда на поверхности пластинки образуется слой германия р-типа. Изменяя длительность диффузии, можно довольно точно получать слой нужной толщины. После охлаждения его удаляют путем травления со всех частей пластинки, кроме одной грани. Диффузионный слой и~ рает роль эмиттера. От него и от основной пластинки делают выводы.
Прн диффузионном методе атомы примеси проникают на относительно большую глубину в основной полупроводник, и поэтому л — р-переход получается плавным, т.е. в нем толшина области изменения хонцентралии примеси сравнима с толщиной области объемных зарядов. Рассмотрим теперь диоды различного назначения. Выпрямительные плоскостные диоды. Широко распросграпены низкочастотные выпрямительные диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока с часготой до единиц килогерц 1иногда до 50 кГц). Эти диоды применяю гся в выпрямительных устройствах для питания различной аппарагуры.
Иногда их называют силовыми диодами. Низкочастотные диоды являются плоскостными и изготовляются из германия или кремния. Они делятся на диоды малой„средней и большой мощности, что соответствует предельным значениям выпрямленного тока до 300 мА, от 300 мА до 10 А и выше 1О А. Все параметры диодов обычно указываются для работы при температуре окружающей среды 20+5'С.
Германиевые диоды изготовляются, как правило, вплавлением индия в германий и-типа. Они .могут допускать плотность тока до 100 А/см при прямом напряжении до 0,8 В. Предельное обратное напряжение у них не превышает 400 В, а обратный ток обычно 54 бывает не более десятых долей милли- ампера для диодов малой мощности и единиц миллиампер для диодов средней могцности. Рабочая температура этих диодов от -б0 до +75 'С.
Если диоды работают при температуре окружаюшей среды выше 20'С, то необходимо снижать обратное напряжение. При пониженном атмосферном давлении или неудовлетворительном охлаждении возможен перегрев диодов. Чтобы не допускать его, следует снижать выпрямленный ток.
Могцные германиевые диоды работают с естественным охлаждением. Они изготовляются на выпрямленный ток до 1000 А и обратное напряжение до 150 В. Выпрямительные кремниевые диоды в последнее время получили особенно большое распространение. Они изготовляются вплавлением алюминия в кремний и-типа, а также сплава олова с фосфором или золота с сурьмой в кремний р-типа. Применяется и диффузионный метод. По сравнению с германиевыми кремниевые диоды имеют ряд преимушесгв. Предельная плотность прямого тока у них до 200 А/смз, а предельное обратное напряжение может быть до 1000 В. Рабочая температура от -60 до + 125 "С 1для некоторых типов даже до +150'С). Прямое напряжение у кремниевых диодов доходит до 1,5 В, т.е.
несколько больше, чем у германиевых диодов. Обратный ток у кремниевых диодов значительно меньше, чем у германиевых. Для выпрямления высоких напряжений выпускаются кремниевые столбы в прямоугольных пластмассовых корпусах, залитых изолирующей смолой. Они бывают рассчитаны па ток до сотен миллиампср и обратное напряжение до нескольких киловольт. Для более удобной сборки различных выпрямительных схем, например мостовых или удвоительных, служат кремниевые выпрямительные блоки. В них имеется несколько столбов, от которых сделаны отдельные выводы. Мощные кремниевые диоды выпускаются на выпрямленный ток от 10 до 500 А и обратное напряжение от 50 до !000 В, Выпрямительные точечные диоды. Принцип устройства был уже рассмотрен.
Точечные диоды широко применяются на высоких частотах, а некоторые типы и на СВЧ (на частотах до нескольких сотен мегагерц), и могут также успешно работать на низких частотах. Эти диоды используются в самых различных схемах, поэтому их иногда называют универсальными. Германиевые и кремниевые диоды выпускаются с предельным обратным напряжением до 150 В и максимальным выпрямленным током до 100 мА. Импульсные диоды. В 8 3.7 были рассмотрены особенности импульсного режима диодов и параметры, характеризующие этот режим.
Важнейшим параметром, определяющим возможность использования диода при хоротких импульсах, является время восстановления обратного сопротивления т, . Для его уменьшения диоды изготовляют так, чтобы емкость перехода была малой и рекомбинация носителей происходила как можно быстрее.
Импульсные диоды выпускают на токи в импульсе до нескольких сотен миллиампер и предельные обратные напряжения в несколько десятков вольт. Для наиболее коротких импульсов изготовляют одновременно в большом количестве так называемые мезадиоды (от испанского слова «мез໠— стол). Сначала на пластинке основного полупроводника диффузионным методом создается слой с другим типом электропроводности. Далее эта пластинка покрывается специальной маской и подвергается травлению. Маска защищает от травления много небольших участков. Именно в этих защищенных областях Рис, 3.18.
Принцип устройства мсэндиодн 1 — слой с влсктропроводностью л-типв, полученный диффутисй; 1 — вывод от л-области; 3— участок, улклясмый травлением; 4 — основная плкстинкя полуироводникв р-тилв остаются и — р-переходы малого размера, которые возвышаются над поверхностью пластинки в виде «столиков» (рис. 3.18). Затем пластинка распиливается на отдельные части — диоды. Особенностью мезадиодов является уменьшенный объем базовой области.
За счет этого сокращается время накопления и рассасывания носителей в базе. Одновременное изготовление большого числа диодов из одной пластинки обеспечивает также сравнительно малый разброс их характеристик и параметров. Стабилитроиы. Как было показано вольт-амперная характеристика полупроводниковых диодов в области электрического пробоя имеет участок, который может быть использован для стабилизации напряжения. Такой участок у кремниевых плоскостных диодов соответствует изменениям обратного тока в широких пределах. При этом до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
