14-04-2020-ЭЛЕКТРОНИКА-1.1-ГЛАЗАЧЕВ (1171923), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Это является особенностью гетеропереходов, обусловливающей специфические свойства гетеропереходов в отличие p–nпереходов, которые формируются в монокристалле одного полупроводника.Если вблизи границы раздела двух полупроводников, образующих гетеропереход, возникаютобедненные основными носителями слои, то основная часть внешнего напряжения, приложенного кструктуре с гетеропереходом, будет падать на обедненных слоях. Высота потенциального барьера дляосновных носителей заряда будет изменяться: уменьшается при полярности внешнего напряжения,противоположной полярности контактной разности потенциалов, и увеличивается при совпаденииполярностей внешнего напряжения и контактной разности потенциалов.
Таким образом, гетеропереходы могут обладать выпрямляющим свойством.Из-за различия по высоте потенциальных барьеров для электронов (ПБЭ) и дырок (ПБД) прямой токчерез гетеропереход связан в основном с движением носителей заряда только одного знака. Поэтомугетеропереходы могут быть как инжектирующими неосновные носители заряда (рис. 1.26, а), так и неинжектирущими (рис. 1.26, б). Инжекция неосновных носителей заряда происходит всегда из широкозонногов узкозонный полупроводник.
В гетеропереходах, образованных полупроводниками одного типа электропроводности, выпрямление происходит без инжекции неосновных носителей заряда.p1n1n1n21.7.9. Свойства омических переходовОсновное назначение омических переходов – электрическое соединение полупроводника с металлическими токоведущими частями полупроводникового прибора. Омических переходов в полупроводниковых приборах больше, чем выпрямляющих.
Случаи производственного брака и отказовработы полупроводниковых приборов из-за низкого качества омических переходов довольно часты.При разработке полупроводниковых приборов создание совершенных омических переходов нередкотребует больших усилий, чем создание выпрямляющих переходов.Омический переход имеет меньшее отрицательное влияние на параметры и характеристики полупроводникового прибора, если выполняются следующие условия: если вольт-амперная характеристика омического перехода линейна, т.е. омический переходдействительно является омическим; если отсутствует инжекция неосновных носителей заряда через омический переход в прилегающую область полупроводника и накопление неосновных носителей в омическом переходе иливблизи него;24А.В.
Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекций при минимально возможном паденииnn+Mнапряжения на омическом переходе, т.е. приминимальном его сопротивлении.Структура реального омического контактав полупроводниковых приборах, в соответствиис перечисленными требованиями, имеет сложное строение и состоит из нескольких омическихпереходов (рис. 1.27).Для уменьшения вероятности накопленияppнеосновных носителей заряда около омическогоРис. 1.27.
Структура реального невыпрямляющего контактаперехода между металлом и полупроводникомс последовательно соединенными омическими переходамивысота потенциального барьера для неосновныхносителей заряда должна быть как можноменьше. Для этого необходимо подобрать металл и полупроводник с равной или близкой работойвыхода электрона: Aм Aп . Так как это трудно обеспечить, то поверхностный слой полупроводникадолжен быть сильно легирован соответствующей примесью для обеспечения возможности туннелирования носителей заряда сквозь тонкий потенциальный барьер.Вблизи омического перехода между полупроводниками с одним типом электропроводности, нос различной концентрацией примеси, также может происходить накопление неосновных носителейзаряда.
Для уменьшения влияния этого эффекта на параметры и характеристики полупроводниковогоприбора в поверхностный слой полупроводника вводят примеси рекомбинационных ловушек (к примеру, золото), что уменьшает время жизни носителей заряда в этой части структуры. При этом накопленные носители заряда будут быстрее рекомбинировать.Контрольные вопросы1. Что такое разрешенные и запрещенные энергетические зоны?2. Что такое уровень Ферми?3.
Как влияет концентрация примеси на положение уровня Ферми?4. Что такое собственная электропроводность полупроводника?5. Что такое диффузия и дрейф носителей заряда?6. Как объяснить температурную зависимость концентрации носителей заряда в полупроводнике?7. Что такое примесная электропроводность полупроводника?8. Поясните механизм образования электронно-дырочного перехода.9. Что такое инжекция и экстракция носителей заряда?10. Как влияет внешнее напряжение на высоту потенциального барьера и ширину p–nперехода.11. Нарисуйте вольт-амперную характеристику p–n-перехода и напишите ее уравнение.12. Объясните механизм лавинного пробоя.13.
При каких условиях в p–n-переходе возможен туннельный пробой?14. Что такое барьерная ёмкость p–n-перехода?15. Что такое диффузионная ёмкость?16. Почему электрический переход между двумя одинаковыми полупроводниками с однимтипом электропроводности, но с разной концентрацией примесей, является омическим и неинжектирующим носители заряда в высокоомную область?17.
При каких условиях контакт «металл – полупроводник» будет невыпрямляющим?18. При каких условиях контакт «металл – полупроводник» будет выпрямляющим?19. В чем состоят особенности гетероперехода?20. Каким требованиям должны удовлетворять омические переходы?25А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1.
Конспект лекций2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ2.1. Общие сведения о диодахПолупроводниковый диод – это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами, в котором используется то или иное свойство выпрямляющегоэлектрического перехода.В полупроводниковых диодах выпрямляющим электрическим переходом может быть электронно-дырочный (p–n) переход, либо контакт «металл – полупроводник», обладающий вентильным свойством, либо гетеропереход.В зависимости от типа перехода полупроводниковые диоды имеют следующие структуры (рис. 2.1):а) с p–n-переходом или гетеропереходом, в такой структуре кроме выпрямляющего перехода, должнобыть два омических перехода, через которые соединяются выводы диода; б) с выпрямляющим переходомв виде контакта «металл – полупроводник», имеющей всего один омический переход.npMMHBаПолупроводникM1BHбM2HРис.
2.1. Структуры полупроводниковых диодов: а) с выпрямляющим p–n-переходом; б) с выпрямляющим переходомна контакте «металл – полупроводник»; Н – невыпрямляющий электрический (омический) переход;В – выпрямляющий электрический переход; М – металлВ большинстве случаев полупроводниковые диоды с р-n-переходами делают несимметричными,т.е. концентрация примесей в одной из областей значительно больше, чем в другой. Поэтому количество неосновных носителей, инжектируемых из сильно легированной (низкоомной) области, называемой эмиттером диода, в слабо легированную (высокоомную) область, называемую базой диода,значительно больше, чем в противоположном направлении.Классификация диодов производится по различным признакам: по типу полупроводникового материала – кремниевые, германиевые, из арсенида галлия; по назначению – выпрямительные, импульсные,стабилитроны, варикапы и др.; по технологии изготовления электронно-дырочного перехода – сплавные,диффузионные и др.; по типу электронно-дырочного перехода – точечные и плоскостные.
Основнымиклассификационными признаками являются тип электрического перехода и назначение диода.В зависимости от геометрических размеров p–n-перехода диоды подразделяют на плоскостныеи точечные.Плоскостными называют такие диоды, у которых размеры, определяющие площадь p–nперехода, значительно больше его ширины. У таких диодов площадь p–n-перехода может составлятьот долей квадратного миллиметра до десятков квадратных сантиметров.Плоскостные диоды (рис. 2.2) изготавливают методом сплавления или методом диффузии.Плоскостные диоды имеют сравнительно большую величину барьерной ёмкости (до десятков пикофарад), чтоp-n-переходp Siограничивает их предельную частоту до 10 кГц.Промышленностью выпускаются плоскостные диоды вInшироком диапазоне токов (до тысяч ампер) и напряжений(до тысяч вольт), что позволяет их использовать как в устаn Siновках малой мощности, так и в установках средней и большой мощности.Точечные диоды имеют очень малую площадь p–nперехода, причем линейные размеры ее меньше толщины p–Рис.
2.2. Структура плоскостного диода,n-перехода.изготовленного методом сплавленияТочечные р–n-переходы (рис. 2.3) образуются в местеконтакта монокристалла полупроводника и острия металической проволочки – пружинки.26А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийДля обеспечения более надежного контакта его подвергаютформовке, для чего уже через собранный диод пропускаютp-n-переход Wp Siкороткие импульсы тока.В результате формовки из-за сильного местного нагрева материал острия пружинки расплавляется и диффундируетв кристалл полупроводника, образуя слой иного типа элекn Siтропроводности, чем полупроводник.
Между этим слоем икристаллом возникает p–n-переход полусферической формы.Благодаря малой площади p–n-перехода барьерная ёмкостьточечных диодов очень незначительна, что позволяет исРис. 2.3. Структура точечного диодапользовать их на высоких и сверхвысоких частотах.По аналогии с электровакуумными диодами, ту сторону диода, к которой при прямом включении подключается отрицательный полюс источника питания, называют катодом, а противоположную – анодом.2.2. Выпрямительные диодыВыпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразованияпеременного тока в постоянный.Выпрямительные диоды, помимо применения в источниках питания для выпрямления переменного тока в постоянный, также используются в цепях управления и коммутации, в ограничительныхи развязывающих цепях, в схемах умножения напряжения и преобразователях постоянного напряжения, где не предъявляются высокие требования к частотным и временным параметрам сигналов.Конструктивно выпрямительные диоды оформляются в металлических, пластмассовых иликерамических корпусах в виде дискретных элементов (рис.
2.4, а) либо в виде диодных сборок, к примеру, диодных мостов (рис. 2.4, б) выполненных в едином корпусе.На рис. 2.4, в приведена конструкция выпрямительного маломощного диода, изготовленногометодом сплавления. В качестве полупровод-никового материала использован германий.
Изготовлениегерманиевых выпрямительных диодов начинается с вплавления индия 1в исходную полупроводниковую пластину (кристалл) германия 2 n-типа.Кристалл 2 припаивается к стальномукристаллодержателю 3. Основойконструкции является коваровыйабкорпус 6, приваренный к кристалло1 46держателю. Корпус изолирован отвнешнего вывода стеклянным проходным изолятором 5. Внутреннийвывод 4 имеет специальный изгибдляуменьшениямеханическихнапряжений при изменении температуры. Внешняя поверхность стеклянного изолятора покрывается све325тонепроницаемымлакомдлявпредотвращения попадания светаРис. 2.4. Выпрямительные диоды: дискретное исполнение (а);диодные мосты (б) и конструкция одного из маломощных диодов (в)внутрь прибора, для устранения генерации пар «электрон – дырка» иувеличения обратного тока p–n-перехода.Конструкция ряда маломощных кремниевых диодов практически не отличается от конструкциималомощных германиевых диодов.
Кристаллы мощных выпрямительных диодов монтируются в массивном корпусе, который имеет стержень с резьбой для крепления диода на охладителе (радиаторе)(рис. 2.5), для отвода выделяющегося при работе прибора тепла.27А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийабвгРис. 2.5. Мощные выпрямительные диоды: дискретное исполнение (а); диодный мост (б); диодный силовой модуль (в);конструкция одного из диодов (б)Для получения p–n-переходов кремниевых выпрямительных диодов вплавляют алюминий вкристалл кремния n-типа или же сплава золота с сурьмой в кремний p-типа. Для получения переходовтакже используют диффузионные методы.Выпрямительные диоды должны иметь как можно меньшую величину обратного тока, что определяется концентрацией неосновных носителей заряда или, в конечном счете, степенью очистки исходного полупроводникового материала. Типовая вольт-амперная характеристика выпрямительногодиода описывается уравнением (1.16) и имеет вид, изображенный на рис. 2.6.По вольт-амперной характеристикевыпрямительного диода можно определитьI прследующие основные параметры, влияюI пр ср номщие на его работу:Rст1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
