Зи - Физика полупроводниковых приборов том 1 (989591), страница 19
Текст из файла (страница 19)
При 4Ев/у < Р„< 6Ед/д пробой зависит от обоих механизмов, Соединив диод с отрицательным температурным коэффициентом госледовательно с диодом с положительным температурным коэффициентом, можно получить стабилизатор напряжения с низким температурным коэффициентом порядка 0,002 %/'С, который пригоден в качестве источнпка опорного напряжения.
2.7.3. Варисторы Варистором или регулируемым сопротивлением называется двухполюсник с нелинейной вольт-амперной характеристикой 146). Нелинейность характеристики плоскостного диода следует из выражений (96) и (97). Аналогичными нелинейнымп характеристиками обладают диоды со структурой металл — проводник, рассматриваемые в гл.
5. Интересным применением варпсторов является использование их в качестве симметричных ограничи- Плоскостные диоды телей напряжения на уровне 0,5 В. Для зтого они соединяются параллельно разноименными полюсами. Такой двухдиодный прибор обладает прямой диодной вольт-амперной характеристикой независимо от полярности прикладываемого напряжения, 2.7.4. Варакторы Варактором называется прибор, реактивностью которого можно управлять с помощью напряжения смещения.
Варакторные диоды широко используются в параметрических усилителях, генераторах гармоник, смесителях, детекторах и в системах с электронной настройкой. Основные вольт-парадные характеристики перехода были выведены в разд. 2.3. Целесообразно представить полученные выше соотношения для резкого и линейного переходов в более общем виде. Одномерное уравнение Пуассона записывается следующим образом: ЙЧ~ дЯ (98) где Л( — произвольное распределение примеси.
В общем случае при условии, что одна из областей полупроводника сильно легирована, можно (рис. 38, а) считать А'= Вх'" для х~ О. (99) При п1 =- О ил1еем В = В, что соответствует однороднол1у распределению примеси в слаболегированной области или несимметричному резкому переходу. При и = 1 распределение примеси соответствует несимметричному линейному переходу. Переход Би,тыж7Г- гиробанная 0 оолас 77ь 1~зкий = 1/Я 7и~Ю~ьи' 5=6'У а Рис. 38. Различные распределения примеси (а) н наракторах и зависимость барьерной емкости от обратного смещения (б) (двойной логарифмический масштаб) !48, 47) Глава 2 124 Г в, (ги -1- 2) (У 1- Уы) 1~/(т+~) 4В ю (100) щ ( дВ(в,) +' р~< = И' =~( +2)(У+Угч) 1 (У+У"') ('О') т+2 ' где (,л — заряд на единицу площади, равный произведению величины е, и максимального электрического поля (при х = 0).
Одним из основных характеристических параметров варактора является чувствительность з (У) 148 ): аС У вЂ” й (!од С) 1 5 = — — — = С аУ Н(1одУ) т+2 (102) Чем больше з, тем больше изменение емкости под действием приложенного напряжения. Для линейных переходов и = 1 и з = = 1/3, для резких и = 0 и я = 1/2 и для сверхрезких т = — 1, т = — в/„т = — 5/3 и з = 1, з = 2, з = 3 соответственно. Вольтфарадные характеристики диодов с такими переходами приведены на рис. 38, б. Как и следовало ожидать, сверхрезкий переход имеет наивысшую чувствительность и обеспечивает наибольшие изменения емкости.
Упрощенная эквивалентная схема варактора (471 приведена на рис. 39 (вставка), где С,— емкость перехода, Яз — последовательное сопротивление, Яр — параллельное эквивалентное сопротивление, обусловленное генерационно-рекомбинационным током, диффузионным током и током поверхностной утечки, С ростом обратного смещения С~ и Яз уменьшаются, а Яр обычно возрастает.
Эффективность варактора определяется его добротностью Я, которая равна отношению запасенной в нем энергии к рассеиваемой: иСЯр 1+ оРС~К Я (103) с т < 0 называют сверхрезким. Сверхрезкий профиль примеси можно получить в эпитаксиальном процессе или с помощью ионного легирования. Граничные условия для уравнения (98) имеют вид $'(х = О) = 0 и Ъ'(х = Я7) = У -~- Уы, где 1/в приложенное напряжение, а У~; — контактная разность потенциалов. Интегрируя уравнение Пуассона с учетом указанных граничных условий, получим выражения для ширины обедненного слоя и удельной дифференциальной емкости перехода 147): Плоскостные диоды Ьоу си 2л'Р Рис. 39.
Зависимость добротности варактора Я от частоты при различных смещениях. На вставке приведена эквивалентная схема варактора 1471. Дифференцируя это выражение, получим угловую частоту о„ соответствующую максимальной добротности, и саму величину Омане ®О— 1 '= с,(я,я,)» ' ( 04) 104 1/2 ---( — „:) (105) На рис. 39 приведены кривые, поясняющие соотношение между ф, частотой и напряжением смещения. При фиксированном смещении добротность Д изменяется по закону оСЯ1 на низких частотах и по закону 1~соСЯз на высоких частотах, Максимальное напряжение смещения ограничено напряжением пробоя Уи. 2.7.5. Диоды с быстрым восстановлением Диоды с быстрым восстановлением используются для получения сверхвысоких скоростей переключения.
Их можно разделить на два типа: диоды с диффузионным переходом и диоды с переходом металл — полупроводник. Эквивалентные схемы аналогичны схемам варактора (вставка на рис, 39), а их поведение при переключении в общих чертах отражено на рис. Зб, б. Полное время восстановления 1, + 12 диода с р — п-переходом может быть существенно уменьшена путем введения центров рекомбинации, таких, какие золото создает в кремнии. Хотя время восстановления прямо пропорционально времени жизни а (рис.
37), .к сожалению, отсутствует возможность уменьшить его до нуля путем введения максимально большого числа центров рекомбинации Ж,. Это связано с возрастанием обратного тока р — п-перехода, генерационная компонента которого также пропорциональна Ж~ (выражения (47) и (48)). В прямозонных полупроводниках, где возможны прямые переходы между зонами (таких, как баАз), время жизни неосновных носителей обычно намного меньше, чем в Я. Поэтому диоды с р — а-переходами в баАз обладают сверхвысокой скоростью переключения и имеют время восстановления 0,1 нс и менее. Кремниевые диоды практически позволяют получить время переключения от 1 до 5 нс. Диоды типа металл — полупроводник (диоды Шоттки) также позволяют достичь сверхвысокой скорости переключения.
Эти диоды обычно работают на основных носителях и в них эффекты накопления незначительны, Переходы металл — полупроводник рассмотрены в гл. 5. 2.7,6. Диоды с накоплением заряда В противоположность диодам с быстрым восстановлением диоды с накоплением заряда конструируются таким образом, чтобы они накапливали заряд во время протекания прямого тока, а после переключения пропускали ток в обратном направлении за короткое время.
Особый интерес среди них представляют диоды со ступенчатым восстановлением (называемые также диодами с мгновенным восстановлением). Они в течение короткого времени проводят ток в обратном направлении, а затем, как только накопленный заряд рассосется, в них происходит резкая отсечка тока. Время отсечки лежит в пикосекундном диапазоне, и поэтому фронт выключения содержит большое число гармош.к. Эти диоды используются в качестве генераторов гармоник и формирователей импульсов. Диоды с накоплением заряда в основном изготавливаются из 5! с относительно большим временем жизни неосновных носителей (0,5 — 5 мкс), которое приблизительно в 1000 раз больше, чем у диодов с быстрым восстановлением, 2.7.7. р — 1 — и-Диоды В р — 1 — п-диодах р — и-переход обладает таким распределением примеси, что между его р- и и-слоями оказывается заключенным слой с проводимостью, близкой к собственной проводимости полупроводника (~-слой) (рис.
40, а). На практике, однако, идеальный 1-слой заменяется либо высокоомным слоем р-типа (л-слой), либо высокоомным слоем п-типа (~'-слой). Распределения примеси, плотности объемного заряда н электрического Плосгагспгггега диоды ам 'ь с~ р с» Ь а г Рнс, 40. Распределение примеси, плотности ооъемного заряда н электрического поля в р — г' — л- н р — гт — и-днодах 1491. поля в р — г — и- и р — гг — и-диодах 149) приведены на рис, 40, б — г. Вследствие низкой концентрации примеси в г'-слое на нем падает большая часть приложенного напряжения. В ре альных р — г — и-диодах распределение примеси в р- и и-слоях имеет более плавный характер, чем представлено на рис.
40:; Такие диоды можно изготовить следующим образом: 1) эпитаксиальным методом, 2) методом диффузии р- и гг-примесей с обеих сторон высокоомной полупроводниковой подложки и 3) методом ионного дрейфа (например, лития), создающего сильнокомпеисиРаванную область с собственной проводимостью 150).
Широкое распространение р — г — а-диоды получили в СВЧ-электронике. Их можно использовать в качестве СВЧ-пере-. ключателя с практически постоянной барьерной емкостью ивы' ионой нагрузочной способностью. Время переключения составляет " Ф/2о, 1511, где о, — предельная, скорость. движения носителей гв г-слое. Кроме того, р — г' — и-диод можно использовать в ка. чветве управляемого аттенюатора, сопротивление новорого почти агинейгно зависит от прямого тока:.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
