Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Эта примесьобеспечивает появление в запрещенной зоне кремния энергетических уровнейрекомбинационных ловушек и уменьшение времени жизни неосновныхносителей.Внастоящеевремябольшинствометаллокерамический, металлостеклянныйконструкцийимеетилиметаллический корпус с ленточными выводами.Рассмотрим процесс переключения такогодиода при воздействии на него прямоугольного импульса (рис. 2.12).При прямом напряжении на участке 0...t1происходит инжекция носителей из эмиттернойобласти в базовую и их накопление там. При сменеполярности напряжения на обратную в первыймоментвеличинаобратноготокабудетРис. 2.12.

Переходные процессы в импульсном диодезначительна, а обратное сопротивление диодарезко уменьшится, так как накопленные в базе неосновные носители поддействием изменившегося направления напряженности электрического поляначнут двигаться в сторону р-п-перехода, образуя импульс обратного тока. Помере перехода их в эмиттерную область, их количество уменьшится и черезнекоторое время обратный ток достигнет нормального установившегосязначения, а сопротивление диода в обратном направлении восстановится донормальной величины.Процессуменьшениянакопленногозарядавбазеназываетсярассасыванием, а время, в течение которого обратный ток изменяется отмаксимальногозначениядоустановившегося,называетсявременемвосстановления обратного сопротивления tвос обр .

Время восстановленияобратного сопротивления - один из важнейших параметров импульсных диодов.Чем оно меньше, тем диод лучше. Для улучшения свойств импульсных диодовисходный полупроводник выбирают с малым временем жизни носителей заряда(для более интенсивного процесса рекомбинации в базе), а сам р-п-переходделают с малой площадью, чтобы снизить величину барьерной емкости переходаCбар.Выводы:Импульсные диоды работают в режиме электронного ключа.Длительность импульсов может быть очень мала, поэтому диод долженочень быстро переходить из одного состояния в другое.Основным параметром, характеризующим быстродействие импульсныхдиодов является время восстановления обратного сопротивления.Для уменьшения tвос обр используют специальные меры, ускоряющиепроцесс рассасывания неосновных носителей заряда в базе.Требованиям,предъявляемымкимпульснымдиодам,хорошоудовлетворяют диоды на основе барьера Шоттки, которые имеют очень малуюинерционность благодаря отсутствию инжекции и накопления неосновныхносителей заряда в базе.Туннельные диодыТуннельный диод - это полупроводниковый диод на основе вырожденногополупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольтамперной характеристике при прямом напряжении участка с отрицательнымдифференциальным сопротивлением.ОглавлениеРис.

2.13. Туннельный диод:вольт-амперная характеристика одного из диодов при прямомсмещении (а); конструктивное исполнение (б);условноеграфическое изображение (в)Для изготовления туннельных диодов используют полупроводниковыйматериал с очень высокой концентрацией примесей (1018 .1020 См-3), вследствиечего получается малая толщина р-п-перехода (около 10-2 мкм), что на два порядкаменьше, чем в других полупроводниковых диодах, и сквозь тонкийпотенциальный барьер возможно туннелирование свободных носителей заряда.Рис.2.14.Зонныеэнергетическиедиаграммы,поясняющиеособенности вольт-амперной характеристики туннельного диодаНа рис.

2.13 представлена вольт-амперная характеристика типичноготуннельного диода при прямом смещении. Параметрами туннельных диодовявляются (рис. 2.14, а):Пиковый ток Iп - значение прямого тока в точке максимума вольтамперной характеристики;Ток впадины Iв - значение прямого тока в точке минимума вольт-ампернойхарактеристики;ОглавлениеОтношение токовдля германиевыхIп 3... 6IвIпIв(для туннельных диодов из GaAs отношениеIп 10Iв,);Напряжение пика Uп - значение прямого напряжения, соответствующеепиковому току;Напряжение впадины Uв - значение прямого напряжения соответствующеетоку впадины;Напряжение раствора Uрр - значение прямого напряжения на второйвосходящей ветви, при котором ток равен пиковому току.Работа туннельного диода иллюстрируется диаграммами, изображеннымина рис. 2.14.В равновесном состоянии системы уровень Ферми постоянен для обеихобластей полупроводникового диода, поэтому другие энергетические уровниискривляются настолько сильно, что нижняя граница дна зоны проводимостиобласти п-типа оказывается ниже верхней границы потолка валентной зоныобласти р-типа, и так как переход очень узкий, то носители заряда могутпереходить из одной области в другую без изменения своей энергии,просачиваться сквозь потенциальный барьер, т.е.

туннелировать (рис. 2.14, б).В состоянии равновесия потоки носителей из одной области в другуюодинаковы, поэтому результирующий ток равен нулю.Под воздействием внешнего поля энергетическая диаграмма изменится.При подключении прямого напряжения уровень Ферми и положениеэнергетических зон сместится относительно равновесного состояния в сторонууменьшения потенциального барьера и при этом степень перекрытия междупотолком валентной зоны материала р-типа и дном зоны проводимостиматериала п-типа уменьшится (рис. 2.14, в). При этом в зоне проводимостиматериала п-типа уровни, заполненные электронами (ниже уровня Ферми)окажутся против незаполненных уровней в валентной зоне материала р-типа, чтоприведет к появлению тока, обусловленного большим количеством электронов,переходящих из п-области в р-область.

Максимальное значение этого тока будеттогда, когда уровень Ферми материала п-типа и потолок валентной зоныматериала р-типа будут совпадать (рис. 2.14, г). При дальнейшем увеличениипрямого напряжения туннельное перемещение электронов из п-области в робласть начнет убывать (рис. 2.14, д), так как количество их уменьшается по мереуменьшения степени перекрытия между дном зоны проводимости материала птипа и потолком валентной зоны материала р-типа. В точке, где эти уровнисовпадают, прямой ток р-п-перехода достигнет минимального значения (рис.2.14, е), а затем, когда туннельные переходы электронов станут невозможны (рис.2.14, ж), носители заряда будут преодолевать потенциальный барьер за счетдиффузии и прямой ток начнет возрастать, как у обычных диодов.При подаче на туннельный диод обратного напряжения потенциальныйбарьер возрастает, и энергетическая диаграмма будет иметь вид, показанный на(рис.

2.14, з). Так как количество электронов с энергией выше уровня Ферминезначительно, то обратный ток р-п-перехода в этом случае будет возрастать восновном за счет электронов, туннелирующих из р-области в п-область, причем,поскольку концентрация электронов в глубине валентной зоны р-области велика,то даже небольшое увеличение обратного напряжения и связанное с этимнезначительное смещение энергетических уровней, приведет к существенномуросту обратного тока.Рассмотренные процессы позволяют сделать вывод, что туннельные диодыодинаково хорошо проводят ток при любой полярности приложенногонапряжения, т.е.

они не обладают вентильными свойствами. Более того,обратный ток у них во много раз больше обратного тока других диодов. Этосвойство используется в другом типе полупроводникового прибора обращенном диоде.ОглавлениеВыводы:Отличительной особенностью туннельных диодов является наличие напрямой ветви вольт-амперной характеристики участка с отрицательнымдифференциальным сопротивлением. Это позволяет использовать туннельныйдиод в качестве усилительного элемента.Туннельный эффект достигается за счет очень высокой концентрациипримесей в р- и п-областях.Так как возникновение туннельного тока не связано с инжекцией носителейзаряда, туннельные диоды имеют малую инерционность и вследствие этого могутприменяться для усиления и генерации высокочастотных колебаний.Обращенный диодОбращенный диод - это разновидность туннельного диода, у которогоконцентрация примесей подобрана таким образом, что в уравновешенномсостоянии при отсутствии внешнего напряжения потолок валентной зоныматериала р-типа совпадает с дном зоны проводимости материала п-типа (рис.2.15, а).Вэтомтуннельныйслучаеэффектбудет иметь место толькомалыхпризначенияхобратного напряжения ивольт-ампернаяхарактеристикаприборабудетаналогичнаветвитакогообратнойвольт-ампернойРис.

2.15. Зонная энергетическая диаграмма (а)и вольт-амперная характеристика (б) типичного обращенного диодахарактеристики туннельного диода (рис. 2.15, б). Поэтому обратные токи вобращенных диодах оказываются довольно большими при очень малыхобратных напряжениях (десятки милливольт).При прямом напряжении на р-п-переходе прямой ток связан с диффузиейносителей через понизившийся потенциальный барьер и вольт-ампернаяхарактеристика его аналогична прямой ветви вольт-амперной характеристикиобыкновенного диода. Поэтому прямой ток образуется только в результатеинжекции носителей заряда через потенциальный барьер р-п-перехода, но припрямых напряжениях в несколько десятых долей вольта.

При меньшихнапряжениях прямые токи в обращенных диодах меньше обратных.Таким образом, этот диод оказывает малое сопротивление току,проходящему в обратном направлении и сравнительно высокое прямому току.Поэтому используются они тогда, когда необходимо выпрямлять очень слабыеэлектрические сигналы величиной в малые доли вольта.При этом включается он в обратном направлении, что и предопределилоназвание такого диода.Диоды ШотткиПотенциальный барьер, полученный на основе контакта «металл полупроводник», часто называют барьером Шоттки, а диоды, использующиетакой потенциальный барьер, - диодами Шоттки. Как уже было рассмотреновыше, в контакте «металл - полупроводник» не происходит накоплениянеосновных носителей в базе из-за отсутствия инжекции неосновных носителей,вследствие чего значительно уменьшается время восстановления обратногосопротивления, что в сочетании с малой величиной барьерной ёмкости создаетидеальные условия для использования таких диодов в импульсных ивысокочастотных устройствах.ОглавлениеДиоды Шоттки изготавливаются обычно на основе кремния Si илиарсенида галлия GaAs , реже на основе германия Ge.

Выбор металла для контактас полупроводником определяет многие параметрыдиода. В первую очередь важна величина контактнойРис. 2.16. Условное графическоеобозначение диода Шотткиразности потенциалов, образующейся на границеконтакта. Чаще всего используются металлы Ag, Au, Pt, Pd, W, которые наносятсяна полупроводник и дают величину потенциального барьера 0,2...0,9 эВ.Диоды Шоттки на электрических принципиальных схемах изображаютусловным обозначением (рис.

2.16), которое используется только тогда, когданеобходимо сделать акцент на том, что в схеме используется именно диодШоттки.ВарикапыВарикап - это полупроводниковый диод, в котором используетсязависимость барьерной ёмкости р-п-перехода от обратного напряжения.Таким образом, варикап можно рассматривать как конденсатор, ёмкостькоторогоможнорегулироватьприпомощиэлектрическогосигнала.Максимальное значение емкости варикап имеет при нулевом обратномнапряжении.

Характеристики

Список файлов книги