Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 34
Текст из файла (страница 34)
17г Глава 2. Пассивные компоненты радиоэлектронной аппа атуры Контрольные вопросы 1. Дайте классификацию резисторов и опишите их типичные конструкции. 2. Какими основными параметрами характеризуются резисторы7 3. Что такое ряды номиналов резисторов и конденсаторов7 4. Дайте классификацию конденсаторов и опишите их типичные конструкции. 5. Какими основными параметрами характеризуются конденсаторы? 6. Перечислите основные разновидности конденсаторов. 7. Опишите типичные конструкции катушек индуктивности, 8. Для чего применяются магнитные сердечники в катушках индуктивности? 9. Как индуктивность катушки зависит от числа витков? 10.
Что такое оптимальный диаметр провода? 11. Как влияет экран на индуктивность катушки7 12. Чем объясняется наличие собственной емкости катушки индуктивности? 13. Что такое эквивалентная индуктивность катушки7 14. Перечислите виды потерь в катушке индуктивности и объясните их причины.
15. Что такое эффект близости7 16. Какие разновидности катушек индуктивности вам известны? 17. Что такое добротность катушки индуктивности и от чего она зависит7 18. Как классифицируются трансформаторы7 19. Для чего делается воздушный зазор в сердечнике трансформатора? 20. Что такое оптимальная индукция в трансформаторе7 Глава 3 Полупроводниковые диоды Полупроводниковыми диодами называют двухэлектродные полупроводниковые приборы с выпрямляющим электрическим переходом. В качестве выпрямляющего электрического перехода применяют р-п-переход, гетеропереход или выпрямляющий контакт металла с полупроводником.
3.1. Устройство полупроводниковых диодов Подавляющее большинство полупроводниковых диодов представляет собой структуру, состоящую из областей л-тнпа и р-типа, имеющих различную концентрацию примеси и разделенных электронно-дырочным переходом. Область с высокой концентрацией примеси (порядка 10" см-') называют эмиттером, область с низкой концентрацией примеси (порядка 10"-10" см-') называют базой.
Существуют различные методы создания электронно-дырочных структур. При изготовлении р-л-структуры методом вплавления в кристалл германия со слабо выраженной электронной злектропроводностью вплавляют таблетку индия, галлия или бора. В процессе термической обработки таблетка и прилегающий к ней слой германия расплавляются, и германий растворяется в расплавленной примеси. После остывания на поверхности кристалла образуется тонкий слой германия с резко выраженной дырочной проводимостью.
Электронно-дырочный переход в этом случае получается резким. При изготовлении диода диффузионным методом на поверхности кремниевой пластины со слабо выраженной электронной электропроводностью методом вакуумного напыления создают слой алюминия. В процессе термической обработки атомы алюминия диффундируют вглубь кристалла, в результате чего образуется слой с дырочной проводимостью. Особенностью диодов, полученных этим способом, является то, что концентрация введенной примеси уменьшается с глубиной, поэтому р-п-переход получается плавным. 17й Глава 3.
Полупроводниковые диоды При изготовлении диодов методом эпитаксиального наращивания на кремниевую пластину с определенным типом электропроводности осаждают атомы кремния нз паров хлорида кремния, содержашего донорную или акцепторную примесь. Осаждаюшиеся атомы повторяют кристаллическую структуру кремниевой пластины, в результате чего образуется монокрпсталл, одна часть которого имеет алек- тронную проводимость, другая — дырочную. Существуют также точечные диоды, у которых в хорошо отшлифованную пластину германия или кремния с электронной электропроводностью упирается металлическая игла.
В процессе производства контакт иглы с полупроводником подвергают электрической формовке, которая заключается в пропускании через контакт мощных импульсов тока. При этом происходит местный разогрев контакта, и кончик иглы сплавляется с полупроводником, что обеспечивает стабильность и механическую прочность контакта. Кроме того, в процессе формовки часть материала иглы диффундирует в полупроводник, образуя под точечным контактом полусферическую область с дырочной электропроводностью. Независимо от способа изготовления полупроводникового диода концентрация примеси в базе всегда меньше, чем в эмиттере, поэтому электронно-дырочный переход оказывается сдвинутыми в область базы, то есть является несимметричным.
Вследствие низкой концентрации примеси база обладает значительным сопротивлением г„'. Ширина базы %~ во многих случаях оказывается меньше диффузионной длины дырок Ак 810, л-р-переход Рио. 3.1 На рис. 3.1 показана р-л-струкгура, изготовленная по комбинированной технологии, широко используемой при производстве интегральных схем.
На кремниевой подложке и'-типа выращивают эпитакснальный слой и-типы Затем поверхность вырашенного слоя окисляют, в результате чего образуется слой ЯО, толщиной около 1 мкм, в котором создают окна и через них методом диффузии вводят акцепторную примесь, изменяющую тип электропроводности выращенного кристалла. В результате образуется р'-слой с высокой концентрацией примеси, отделенный от и-области электронно-дырочным переходом.
Затем осуществляют омические контакты с л'- и р"-областями путем напыления алюминия. В процессе изготовления на кремниевой пластине создается большое количество одинаковых р-и-структур. Такую пластину разделяют на отдельные кристаллики, каждый из которых монтируют в герметичном металлическом, пластмассовом или стеклянном корпу- 176 3.2. Вольт-ампернаяхарактеристикадиода 3.2.
Вольт-амперная характеристика диода В силу особенностей структуры вольт-амперная характеристика диода отличает- ся от вольт-амперной характеристики идеального р-л-перехода. На рис. 3.2 для сравнения представлены характеристики диода и идеального р-л-перехода. Рис. 3.2 Область прямых напряжений В области прямых напряжений вольт-амперная характеристика диода проходит более полого, чем вольт-амперная характеристика р-л-перехода, что обьясняется наличием сопротивления базы г,', вследствие чего к р-и-нереходу прикладывается напряжение и„= и — оа поэтому уравнение вольт-амперной характеристики диода должно быть записано в виде 6 — 1 (3.1) Чем меньше концентрация примеси в базе, тем положе проходит характеристика.
Тепловой ток 1, в соответствии с (1.98) и (1.99) считывают по одной из двух формул." 1),р„ (о =-Ф Е, больше сопротивление гб и тем с учетом того, что М, »Х„, рас- (3.2) Х,р„ (а =-д5 — '" . т„ (3.3) се, защищающем кристалл от воздействия окружающей среды, а базу и эмиттер через омические контакты соединяют с внешними выводами. 17б Глава 3.
Полупроводниковые диоды Здесь 5 — площадь Р-л-перехода. В тех случаях, когда ИРб < Ь„тепловой ток определяется уравнением рРп Р п й1 б Е, .(., ' (3.2а) При ррб « Е.„ тепловой ток определяется уравнением П„Р„ бп =-~Ф вЂ”" ~б (3.26) Р. = л,.' Мб (3.5) В кремниевом полупроводнике а, = 10'б см ', а в германиевом и; = 10" см-б, поэтому тепловой ток кремниевых диодов на шесть порядков меньше теплового тока германиевых диодов.
Следовательно, для получения одинаковых токов к кремниевому диоду должно быть приложено более высокое прямое напряжение, чем к германиевому, что следует из уравнений (ЗА) и (3.5). Этим объясняется то, что прямая ветвь вольт-амперной характеристики кремниевого диода при одинаковой площади перехода всегда сдвинута вправо относительно прямой ветви вольтамперной характеристики германиевого диода брис. З.З Принимая во внимание, что незначительное изменение напряжения существенно влияет на ток, целесообразно представить вольт-амперную характеристику диода как зависимость напряжения от тока.
Для этого надо прологарифмировать уравнение (3.1): и=и,1п — +1 +об. (3.4) Первое слагаемое в полученном уравнении определяет падение напряжения на Р-л-переходе, второе — на сопротивлении базы г,'. В области малых токов преобладает первое слагаемое, в области больших токов — второе. Напряжение и, обеспечивающее получение требуемого тока 1, зависит от теплового тока (б, который, э свою очередь, зависит от концентрации дырок Р„в электронной базе, определяемой соотношением 3.2.
Вольт-амперная характеристика диода Оприи<и„ и — и„ '"' при и >и„. г« (3.6) Здесь г„= г«. Для гермаииевых диодов и„» 0,3 В, для кремниевых и«0,7 В. Область обратных напряжений Обратный ток р-л-перхода теоретически не изменяется при изменении обратного напряжения. В ПЦД обратный той возрастаст при увеличении обратного напряжения, что объясняется тепловой генерацией носителей заряда в В-и-передоде и проводимостью пленки на поверхности кристалла,шунтирующей р-л-переход. Полный обратный ток диода содержит три составляющих: 'с =~о+~ „+ ~п, где ( — ток генерации, создаваемый носителями заряда, генерируемыми в р-л-пе- реходе; 1„ — ток утечки, обусловленный проводимостью поверхностной пленки, шунти- рующей р-л-переход; (» — тепловой ток, создаваемый неосновными носителями заряда, генерируемы- ми в базе. Тепловой ток определяется соотношением (3.2) или (3.3), а уравнение для тока генерации можно записать по аналогии с (3.3), учитывая, что генерация носите- лей заряда в р-а-переходе, объем которого равен 5д, происходит со скоростью, определяемой временем жизни как электронов, так и дырок, то есть и, тп + тр Следовательно, П.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
