И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 43
Текст из файла (страница 43)
ПРИБОРЫ С ГЕТЕРОГЕННЫМИ ПЕРЕХОДАМИ Электронно-дырочные переходы во всех ранее рассмотренных приборах относятся к так называемым гомогеииым ('гомоиереходам), т. е. прелставляют собой переходы между областями одного и того же полупроводника, имеющими примеси разного типа (доноры и акцепторы).
Гетерогенными (гегиероиереходами) называются переходы между различными полупроводниковыми материалами, имеющими различную ширину запрещенной зоны. Теорию таких переходов разработал в 1951 г, А. И. Губанов в СССР, а позднее У. Шокли в США получил патент на использование гетеропереходов в полупроводниковых приборах. В 1972 г. Ж. И. Алферову с группой сотрудников руководимой им лаборатории Физико-технического института присуждена Ленинская премия за фундаментальное исследование гетеропереходов и создание на их основе новых приборов.
Если имеются два различных полупроводника, то возможны четыре типа гетеропереходов в зависимости от характера примесей в этих полупроводниках: и, — иъ Р~ — Рь Рз — из н Рг Переход металл — полупроводник можно рассматривать как особый случай. Наиболее изучены следующие гетеро- переходы: германий — арсенид галлия (Ое — ОаАа), германий — кремний (Ое— 81), арсенид галлия — фосфид галлия (ОаАв — ОаР), арсенид галлия — арсенид индия (ОаАв — 1пАя). Различные полупроводниковые приборы с гетеропереходами имеют ряд достоинств и весьма перспективны.
Так, например, диоды с гетеропереходами типа и,— и, или Р, — Рг обладают высоким быстродействием и высокой предельной частотой, так как в них отсут- 138 ствует сравнительно медленный процесс накопления и рассасывания неосновных носителей, характерный для обычных и — р-переходов. Для гетеродиодов время переключения из открытого состояния в закрытое может быть меньше 1 нс. Представляют интерес мощные гетеро- диоды лазерного типа, в которых выделяющаяся мощность излучается, а не нагревает сам диод.
Туннельные гетеро- диоды имеют повышенное (по сравнению с туннельными диодами) отношение токов 1,„/1 ы на падающем участке вольт-амперной характеристики, медленнее стареют и обладают более высокой радиационной стойкостью. Более эффективно работают на СВЧ лавинно- пролетные диоды с гетеропереходами. Представляют интерес транзисторы с гетеропереходами, например типа Р~ из — Рг Для них характерны высокий коэффициент а, малые емкость эмиттерного перехода и поперечное сопротивление базы, что позволяет повысить предельные частоты. Улучшаются некоторые параметры у полевых транзисторов с затвором в виде гетероперехода и у тиристоров с гетеропереходом под обратным напряжением. В частности, повышается быстродействие тиристоров.
Основная проблема создания хороших приборов с гетеропереходами состоит в том, что трудно устранить дефекты, возникающие на границе двух различных полупроводников. Требуется тщательный подбор материалов и совершенствование технологии производства.
8.6. ОДНОПЕРЕХОДНЫИ ТРАНЗИСТОР Одиоиереходиый транзистор, иначе называемый двухбазоеым диодом, показан на рис. 8.21. Он имеет только один и — Р-переход и по структуре напоминает полевой транзистор с управляющим и — Р-переходом, но принцип его работы совсем иной. Область и (база), имеющая на концах выводы Б, и Бз, не является каналом, изменяющим свое сопротивление за счет изменения площади поперечного сечения. Эмиттер типа Р" образует с базой р+ — и-переход, на который в отличие от полевого транзистора пода- Рис. 8.21.
Структура и условное графическое обозначение однопсрсходного транзистора (двухбазового диода) ется не обратное, а прямое внешнее напряжение. Выходной ток, протекающий через базу, создает внутри нее на участке от эмиттера до вывода Б, падение напряжения (/,„, которое является обратным для эмиттерного перехода и запирает его. Если внешнее прямое напряжение, равное Е, + и,„, больше 17,„, то результирующее напряжение на переходе становится прямым, переход отпирается и в нем начинается инжекция дырок из эмиттера в базу.
За счет этого сопротивление базы уменьшается. При изменении входного напряжения изменяется уровень инжекции и сопротивление базы, а следовательно, и выходной ток, и на нагрузке получается усиленное выходное напряжение. Однопереходный транзистор может применяться для усиления, генерации и переключения. Но по своим частотным свойствам он значительно уступает обычным биполярным транзисторам и является низкочастотным прибором. 8.7.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЗИСТОРЫ Полупроводниковые резисторы, обладающие нелинейными свойствами, называются варисторами. Они еще называются нелинейными полупроводниковыми сопротивлениями (НПС). Основным материалом для варисторов служит порошок карбида кремния ЯС с каким- либо связующим веществом. Нелинейность сопротивления объясняется главным образом нагревом микроконтактов между зернами карбида кремния.
Внешне варисторы оформляются в виде стержней или дисков. На рис. 8.22 приведены вольт-амперная характеристика варистора и его изображение на схемах. Варисторы можно использовать на постоянном и на переменном токе с частотой 'до 'нескольких килогерц. При бслее высоких чае7отах начинает сказываться собственная емкость варистора Практическое применение варисторов довольно многообразно. Они используются для защиты от перенапряжений, в стабилизаторах и ограничителях напряжения, в различных схемах автоматики. Рис.
8.22. Вольт-ампсрная характеристика и условное графическое обозначение варистора Важнейшие параметры варисторов; коэффициент нелинейности () — отношение сопротивления постоянному току к сопротивлению переменному току (обычно 3 — 6); максимальное допустимое напряжение (от десятков вольт до нескольких киловольт); номинальная мощность рассеяния (1 — 3 Вт); температурный коэффициент сопротивления (в среднем — 5 10 ' К '); предельная максимальная рабочая температура (60 — 70 'С).
7ерморезисторы представляют собой полупроводниковые резисторы, у которых сопротивление сильно зависит от температуры. Их еще называют термосопротивлениями или термисторами. Чаще всего терморезисторы лелаются из оксидов металлов и имеют отрицательный ТКС. Они оформлены в 139 виде стержней, пластин, дисков, шайб или бусинок, Выпускаются также терморезисторы, имеющие в некотором, сравнительно узком интервале температур положительный ТКС и называемые позисюорами. На рис. 8.23 показаны кривая зависимости сопротивления терморезистора с отрицательным ТКС от температуры, вольт-амперная характеристика прн различных условиях теплоотвода и изображение терморезистора на схемах.
Кривая 1 соответствует наилучшему теплоотводу, а кривая 2 — наихудшему. Терморезисторы применяются в качестве датчиков температуры и нелинейных резисторов в различных устройствах автоматики. Специальные малогабаритные сдвоенные терморезисторы, называемые боломеюрами, применяются для измерения лучистой энергии. Некоторые терморезисторы выпускаются с косвенным подогревом, т. е.
имеют подогреватель в виде проволочки, через которую пропускают ток. Важнейшие параметры терморезисторов: номинальное сопротивление (от нескольких ом до нескольких килоом с допусками +5, +10 н +20%); температурный коэффициент сопротивления, обычно — (0,8 ю6,0) 10 ' К Кроме того, для некоторой определенной температуры, например 20'С, указывается сопротивление постоянному и переменному току.
Прн эксплуатации надо учитывать максимальную допустимую температуру Ои /О" 707 702 О! ' 270 070 47Р Х Р Рис. 8.23, Характеристики и условное графи- ческое обозначение термореэистора !40 и максимальную допустимую рассеива- емую мощность. 8.8. ПРИБОРЫ НА АМОРФНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ Помимо 'широко распространенных приборов, изготовленных на кристаллических полупроводниках, существуют приборы на аморфных, т. е, некриспяаллических, полупроводниках.
Их иначе еще называют стпеклообразными полупроводниками. Они могут быть сделаны из оксидов различных элементов, или из таких 'элементов, как сера, селен, фосфор и другие, или из химических соединений, называемых халькогенидами, которые аналогичны оксидам, но вместо кислорода имеют серу, или селен, или теллур. Пленку аморфного полупроводника толщиной от единиц до сотен микрометров наносят на отшлифованную графитовую пластину и покрывают слоем металла. Такой прибор может работать в качестве переключателя. Его вольтамперная характеристика похожа на вольт-амперную характеристику симметричного тиристора. Пока напряжение на приборе меньше некоторого значения, называемого напряжением первилю«ения, сопротивление прибора очень велико, т.е.
он находится в закрытом состоянии. При напряжении переключения происходит своеобразный неразрушающий тепловой пробой полупроводника, в нем образуется проводящий канал и прибор переходит в открытое состояние с малым сопротивлением. Иногда тепловому пробою предшествует лавинный электрический. Напряжение переключения для различных приборов составляет от единиц до десятков вольт. Минимальный ток, при котором прибор еще находится в открытом состоянии, называется током выключения.
Процесс включения и выключения приборов происходит весьма быстро, и поэтому они могут работать на частотах до десятков и даже сотен мегагерц. На аморфных полупроводниках возможно создать запоминающие приборы— по принципу устройства такие же, как и переключательные, но с халькогенидными стеклами иного состава. Особенность запоминающих приборов состоит в том, что с переводом их в открытое состояние импульсом тока не менее О,! мА длительностью более 1 мс они сохраняют такое состояние после выключения тока. Это объясняется тем, что проводящий канал при охлаждении переходит из аморфного состояния в кристаллическое с малым удельным сопротивлением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
