|
Рефераты Главная Краткое содержаниепроизведений Архитектура Астрономия Банковское делои кредитование Безопасностьжизнедеятельности Биографии Биология Биржевое дело Бухгалтерия и аудит Военное дело География Геодезия Геология Гражданская оборона Животные Здоровье Земельное право Иностранные языкилингвистика Искусство Историческая личность История История отечественногогосударства и права История политичискихучений История техники Компьютерные сети Компьютеры ЭВМ Криминалистика икриминология Культурология Литература Литература языковедение Маркетинг товароведениереклама Математика Материаловедение Медицина Медицина здоровье отдых Менеджмент (теорияуправления и организации) Металлургия Москвоведение Музыка Наука и техника Нотариат Общениеэтика семья брак Педагогика Право Программированиебазы данных Программное обеспечение Промышленностьсельское хозяйство Психология Радиоэлектроникакомпьютеры и перифирийные устройства Реклама Религия Сексология Социология Теория государства и права Технология Физика Физкультура и спорт Философия Финансовое право Химия - рефераты Хозяйственное право Ценный бумаги Экологическое право Экология Экономика Экономикапредпринимательство Юридическая психология |
Полупроводниковые дидодыНа основе использования свойств р-n-перехода в настоящее время создано множество различных типов полупроводниковых диодов. Выпрямительные диоды предназначены для преобразования пе- ременного тока в постоянный.Их основные параметры: Iпр max -максимальный прямой ток; Vпр^^&-- падение напряжения на диоде при прямом смещении и заданном токе;Iобр -ток через диод при обратном смещении и заданном напряжении;Vобр max - макси- мальное обратное напряжение; f-диапазон частот,в котором выпрямленный ток не снижается меньше заданного уровня. По величине выпрямленного тока выпрямительные диоды малой(Iпр < 0,3А),средней (0,3 A <Iпр >10 А) и большой (Iпр >10A) мощности. Для создания выпрямительных диодов приме- няются плоскостные p-n-переходы,полученные сплавлением и диффузией.Высокие значения Iпр обеспечиваются использова- нием p-n-переходов с большой площадью. Большие значения Vобр max достигаются использованием в ка- честве базы диода материала с высоким удельным сопротивле- нием.Наибольшие значения Vобр max могут быть получены при использовании p-i-n-диода,так ширина области объемного заря- да в нем наибольшая,а следовательно,наибольшее и значение напряжение пробоя.Так как с изменением температуры Vобр max изменяется, то его значение дается для определенной темпера- туры (обычно комнатную) . При больших Iпр в диоде, вследствие падения напряжения на нем, выделяется тепло.Поэтому выпрямительные диоды отличают- ся от остальных типов диодов большими размерами корпуса и внешних выводов для улучшения теплоотвода. Выпрямительные диоды изготавливают в настоящее время в ос- новном из кремния и германия.Кремниевые диоды позволяют по- лучать высокие обратные напряжения пробоя, так как удельное сопротивление собственного кремния (p 10 Ом см) много больше удельного сопротивления собственного германия(p 50 Ом см).Кроме этого, кремниевые диоды оказываются работоспособ- ными в большем интервале температур (-60...+125С),поскольку ширина запрещенной зоны в кремнии(1,12эВ)больше, чем в гер- мании(0,72эВ), а следовательно, обратный ток меньше(1,46). Германиевые диоды работоспособны в меньшем интервале темпе- ратур(-60...+85C),однако их выгоднее применять при выпрямле- нии низких напряжений, так как Vпр для германиевых диодов(0,3...0,8 B ) меньше , чем для кремниевых(до 1,2В).Следовательно, меньше будет и мощность, рассеиваемая внутри германиевого диода. Полупроводниковые диоды, на вольт-амперной характеристи- ке которых имеется участок со слабой зависимостью напряже- ния от тока,называются стабилитронами.Таким участком являет- ся участок пробоя p-n-перехода.Для изготовления стабилитро- нов используют кремний, так как обратный ток кремниевых дио- дов, по сравнению с германиевыми, меньше зависят от темпера- туры,а следовательно, вероятность теплового пробоя в них меньше и напряжение на участке пробоя (лавинного или тун- нельного)почти не изменяется с изменением тока. Основные параметры стабилитронов:Vст-напряжение стабилиза- ции;Iст min-минимальный ток,с которого начинается стабилиза- ция напряжения;Rд=dV/dI-дифференциальное сопротивление (в рабочей точке);Rстат=V/I-статическое сопротивление (в рабо- чей точке); Q=Rд/Rстат-коэффициент качества; ТНК=(1/Vст)(dVст/dT)-температурный коэффициент напряжения стабилизации. Стабилитроны изготавливаются с различными значениями Vст,от 3 до 200 В. Для диодов с Vст>7В ширина p-n-перехода достаточно велика и механизм пробоя лавинный. С ростом тем- пературы обратный ток диода увеличивается, так-же увеличи- вается и напряжение пробоя. Это обусловлено тем, что тепло- вое рассеяние увеличивается, длина свободного пробега носи- телей уменьшается и к p-n-переходу требуется приложить большее напряжение, чтобы носители заряда на большем пути (равном длине свободного пробега) набрали кинетическую энер- гию, достаточную для ионизации. В диодах с Vст<7В ширина p-n-перехода мала и наряду с ла- винным механизмом действует и туннельный. Конструктивно стабилитроны изготавливаются подобно выпря- мительным диодам, и их можно использовать вместо диодов. [1]Импульсные Диоды Импульсными называются диоды, которые могут работать с временами переключения 1 мкс и меньше. Высокочастотными - выпрямительные диоды, предназначенные для работы на часто- тах до 150 МГц и выше. Большое влияние на характеристики p-n-перехода на высоких частотах оказывает зарядная емкость. Ее влияние проявляется в шунтировании p-n-перехода на высоких частотах и ухудшении выпрямляющих свойств. В импульсных диодах наличие зарядной емкости приводит к искажению формы импульса. Поэтому им- пульсные и высокочастотные диоды характеризуются как малым значением диффузионной емкости так и малым значением заряд- ной емкости. Малое значение зарядной емкости достигается уменьшением площади p-n-перехода. Поэтому основная конструк- тивная задача заключается в уменьшении площади p-n-перехода. Для изготовления импульсных и высокочастотных диодов используют германий и кремний. Преимуществом диодов из гер- мания является малое значение падения напряжения на диоде при прямом смещении, что существенно при работе диодов при малых сигналах. Представляет интерес создание импульсных и высокочастот- ных диодов на основе гетеропереходов с одним типом проводи- мости, например, n1-n2. Если работа выхода электронов из широкозонного полупроводника меньше, чем из узкозонного, то энергетическая диаграмма n1-n2- гетероперехода может быть пред- ставлена в виде (Рис. 1) Рис. 1 При подаче напряжения на гетеропереход, например положи- тельного на n2, а отрицательного на n1-полупроводник, элек- троны из n1-полупроводника смогут переходить в n2-полупро- водник. Через гетеропереход протекает ток, и такую поляр- ность внешнего напряжения можно назвать прямой. При обратном смещении электроны из n2-полупроводника бу- дут скатываться в потенциальную яму перед переходом, пройти который они не могут, так как перед ними находится потен- циальный барьер. Обратный ток может образоваться только за счет туннельного перехода электронов из n2-полупроводника через потенциальный барьер и за счет перехода дырок из n1- в n2-полупроводник. Для его уменьшения первый полупроводник должен быть достаточно сильно легирован, чтобы концентрация неосновных носителей была мала, а ширина перехода должна быть достаточно большой, чтобы электроны из n2-полупроводни- ка не смогли туннелировать через потенциальный барьер. [1]Диоды Шоттки Для создания диодов Шоттки используется контакт метал-по- лупроводник. Диоды Шоттки отличаются тем, что их работа ос- нована на переносе основных носителей. При прямом смещении электроны из полупроводника переходят в металл. Их энергия на больше энергии электронов в металле. Электроны из полуп- роводника быстро (примерно за 10 с) теряют на соударениях свою избыточную энергию и не могут возвратиться в полупро- водник. В диодах Шоттки не происходит накопления заряда неосновных носителей (обуславливающее снижение быстродей- ствия p-n-перехода), поэтому они особенно перспективны для использования в качестве сверхбыстродействующих импульсных и высокочастотных диодов. Типичное время восстановления обрат- ного сопротивления диода Шоттки на основе, например Au-Si, порядка 10 пс и менее. [1]Фотодиоды Если подать на диод обратное смещение, он может использо- ваться в качестве фотоприемника, ток которого зависит от ос- вещения. При достаточно больших обратных напряжениях вольт-амперная характеристика (рис. 2) запишется так: I=-( Iнас+ Iф)=- Iнас- qcB SФ т.е. ток не зависит от напряжения, а опреде- ляется только интенсив- ностью света. Рис. 2 Для увеличения чувствительности фотодиода может использо- ваться эффект лавинного умножения носителей в области объем- ного заряда p-n-перехода. К недостаткам лавинного фотодиода следует отнести, во-первых зависимость М от интенсивности света и, во-вторых, жесткие требования к стабильности питаю- щего напряжения (0,01... 0,2 %), так-как коэфициент умноже- ния М сильно зависит от напряжения. Инерционные свойства фотодиодов можно характеризовать пре- дельной рабочей частотой (частота модуляции света, на кото- рой амплитуда фотоответа уменьшается до 0,7 от максимальной), постоянной времени фотоответа (определяемой по времени наростания импульса фотоответа до 0,63 до макси- мального, при прямоугольном импульсе света), сдвигом фаз между входным (световым) и выходным (электрическим) сигналом. В общем случае, инерционность фотодиодов определяется тре- мя основными параметрами: временем диффузии неравновесных носителей через базу ; временем их полета через область объемного заряда p-n-перехода ; RC-постоянной . Время диффузии носителей через базу определено как: =W /2 Dp Время полета носителей через область область объемного заря- да (шириной d) можно оценить как = d/Vmax, где Vmax - мак- симальная скорость движения носителей в электрическом поле, которая при больших полях не зависит от напряженности элек- трического поля вследствии уменьшения подвижности в силовых полях. Высоким быстродействием обладают фотодиоды на основе барьера Шоттки. В типичной структуре такого диода через тон- кую полупрозрачную пленку металла и поглощается в основном в области объемного заряда полупроводника. Следовательно, ин- нерционность обуславливается только временами i и rc. Малое значение обуславливается узкой областью объемного заряда, а небольшое значение получается за счет того, что удельное сопротивление металла много меньше, чем полуп- роводника, и соответственно меньше. Основными переносчи- ками тока через контакт в этом случае являются дырки полуп- роводника, которые практически мгновенно рекомбинируют с электронами в металле. [1]Светодиоды Энергетической характеристикой излучающих диодов (свето- диодов) является квантовая эффективность, которая опреде- ляется как отношение числа излучаемых во вне фотонов к чис- лу электронов, проходящих через p-n-переход. Хотя эта вели- чина теоретически может достигать 100%, практически она по- рядка 0,1...1%. Это объясняется большой долей безизлуча- тельных переходов в общем рекомбинационном процессе и малос- тью доли фотонов, выходящих из светодиода. С понижением тем- пературы вероятность излучательной рекомбинации растет и квантовая эффективность увеличивается. Отличительными особенностями светодиодов по сравнению с обычными источниками света являются малые размеры, малые ра- бочие напряжения, высокое быстродействие (~10 c) и большой срок службы. Светодиоды находят широкое применение для схем автоматики, световых табло, оптронов. [1]Туннельные Диоды Туннельный диод является с вольт-амперной характеристикой N-типа, работа которого основана на туннельном прохождении носителей заряда через потенциальный барьер p-n-перехода. Как известно, вероятность туннельного прохождения частиц че- рез потенциальный барьер растет с уменьшением его ширины. Поэтому для создания туннельных диодов используют p-n-пере- ходы с узкой областью объёмного заряда. Другим требованием к материалу туннельного для диода является необходимость вы- рождения p- и n- областей. Полупроводники становяться вырож- денными при сильном легировании. Уровень Ферми в этом слу- чае расположен в разрешенной зоне. С повышением концентра- ции примесей уменьшается и ширина области объемного заряда p-n-перехода (при Na=Nd=10 см ,d 10 см). Таким образом, сильным легированием областей p-n-перехода достигается вы- рождение p- и n- полупроводников и малое значение ширины p-n-перехода. Эквивалентная схема R туннельного диода может ЪДД[1]ДДї быть представлена в виде тДДДДґ C ГД[1]ДД ДДДт (Рис. 3). АДДДДДЩ r L Рис. 3 Она состоит из дифференциального сопротивления p-n-перехо- да R, зарядной ёмкости C, сопротивления потерь r, индуктив- ности выводов L. Емкость корпуса туннельного диода можно учесть в схеме внешней цепи, поэтому мы её для простоты опустим. Перенос тока в туннельном диоде при V<Vост осущес- твляется основными носителями, а не неосновными, как в обыч- ных диодах. Скорость распростронения процесса опреде- ляется временем релаксации . Это время порядка 10 ... 10 с и оно не ограничивает частотные свойства прибора. Поэтому в эквивалентной схеме отсутствует диффузионная мкость p-n-перехода, а все остальные элементы практически не зависят от частоты. На основании эквивалентной схемы нетрудно записать выраже- ние для полного сопротивления туннельного диода, а из него определить предельную и собственную резонансную частоту. Туннельные диоды, благодаря их высокочастотным свойствам, применяються в схемах высокочастотного переключения, а так-же для усиления и генерирования колебаний на сверхвысо- ких частотах. Схема переключения подобна аналогичной схеме на S-диоде. Для того чтобы нагрузочная прямая пересекала вольт-амперную характеристику в трех точках, сопротивление нагрузки должно быть больше дифференциального сопротивления диода на участке отрицательного сопротивления. Вследствии большей ширины запрещённой зоны арсенида гал- лия напряжение срыва в диодах из него (~1 B) выше, чем в диодах из германия (~0,4 B). Поэтому диоды из арсенида гал- лия предпочтительнее для использования в переключающих ус- тройствах (в особенности для счетной техники) и в генерато- рах. Широкая запрещенная зона обуславливает и большую их термостабильность. Германиевые туннельные диоды имеют меньший уровень собственных шумов, что важно для использова- ния в схемах усилителей. эьц=ь[1]<*.FRM*.MAC [1]( Б@яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя |
|