Главная Движение носителей электрических зарядов



ности электрического поля в р-и-переходе (более 10* В/см). Наблюдаются два типа электрического пробоя. В полупроводниках с узким р-и-переходом (что обеспечивается высокой концентрацией примесей) возникает туннельный пробой, связанный с туннельным эффектом, когда под воздействием очень сильного поля носители заряда могут переходить из одной области в другую без затраты энергии («тунне-лировать» через р-и-переход). Туннельный пробой наблюдается при обратном напряжении порядка нескольких вольт (до 10 В).

В полупроводниках с широким р-и-переходом может произойти лавинный пробой. Его механизм состоит в том, что в сильном электрическом поле может возникнуть ударная ионизация атомов р-и-перехода; носители заряда на длине свободного пробега приобретают кинетическую энергию, достаточную для того, чтобы при столкновении с атомом кристаллической решетки полупроводника выбить из ковалентных связей электроны. Образовавшаяся при этом пара свободных носителей заряда «электрон - дырка» тоже примет участие в ударной ионизации. Процесс нарастает лавинообразно и приводит к значительному возрастанию обратнсяго тока. Пробивное напряжение лавинного пробоя составляет десятки и сотни вольт.

Тепловой пробой возникает тогда, когда мощность, выделяемая в р-и-переходе при прохождении через него обратного тока, превьппает мощность, которую способен рассеять р-и-переход. Происходит значительный перегрев перехода, и обратный ток, который является тепловым, резко возрастает, а перегрев увеличивается. Это приводит к лавинообразному увеличению тока, в результате чего и возникает тепловой пробой р-н-перехода.

§ 16.3. Структура ДИОД5Ж. Точечные и пл(м;ксстные диоды

Полупроводш1ковьв1 диод - это полупроводниковый прибор с одним электри-чесю1м переходом и двумя ошческими контакташ (омичесюом называют контакт металла с по.<]упроводником, не обладающий выпрямляющим свойством), к которым присоединяются два вывода.

Электрический переход чаще всего образуется между двумя полупроводниками с разным типом примесной электропроводности (р- или и-типа), одна из областей (низкоомная) является эмиттером, другая (высокоомная) - базой. Структура диода и условное обозначение в схемах выпрямительного диода показаны на Омический рис. 16.17.

контакт ур-п-переход Иногда электрический переход обра-

зуется между полупроводником р- или и-типа и металлом, такой переход назы-Выдод I Ш Вывод вают контактом металл - полупровод-

ник.

Классифицируют диоды по различ-М ным признакам: noocHoeHOJMjиолуироеод-

• никовому материалу - кремниевые, гер-

Рис. 16.17 маниевые, из арсенида галлия; по физи-



ческой природе процессов, обусловливающих их работу,-туннельные, фотодиоды, светодиоды и др.; по назначению - выпрямительные, импульсные, стабилитроны, варикапы и др.; по технологии изготовления электрического перехода - сплавные, диффузионные и др.; по типу электрического перехода - точечные и плоскостные. Основными являются классификации по типу электрического перехода и назначению диода.

Точеные диоды. Такие диоды (рис. 16.18, а) имеют очень малую площадь электрического перехода. Линейные размеры, определяющие ее, "меньше ширины р-и-перехода. Точечный электрический переход можно создать в месте контакта небольшой пластинки полупроводника 3 и острия металлической проволочки-пружины 4 даже при простом кх соприкосновении. Более надежный точечный электрический переход образуется формовкой контакта, для чего через собранный диод пропзскают короткие импульсы тока (порядка нескольких ампер). В результате формовки острие пружинки надежно приваривается к пластинке полупроводника. При этом из-за сильного местного нагрева материал острия прркинки расплавляется и диффундирует в пластинку полупроводника, образуя слой иного типа, чем полупроводник. Между этим слоем и пластинкой образуется р-и-переход полусферической формы. Площадь р-и-перехода составляет примерно 10 - 10 мкм. Точечные диоды в основном изготовляют из германия г-типа, металлическую пружинку -из тонкой проволочки (диаметром 0,05-0,1 мм), материал которой для германия и-типа должен быть акцептором (например, бериллий). Острие пружинки затачивается до площади в несколько квадратных микрометров. Иногда острие пружинки для получения высококачественного р-и-перехода покрьгоают индием (или другим акцептором).

Корпус точечных диодов герметичный. Он представляет собой керамический или стеклянный баллон 2, покрытый черной светонепроницаемой краской (во избежание проникновения света, так как кванты света могут вызвать генерацию носителей заряда вблизи р-и-перехода.




а следовательно, увеличить обратный ток диода). На рис. 16.18, а 1 - выводы.

Благодаря малой площади р-и-перехода емкость точечных диодов очень незначительна и составляет десятые доли пикофарада. Поэтому точечные диоды используют на высоких (порядка сотен мегагерц) и сверхвысоких частотах. Их применяют в основном для выпрямления переменного тока высокой частоты (выпрямительные диоды высокочастотные) и в импульсных схемах (импульсные диоды).

Так как площадь р-и-перехода точечного диода мала, то прямой ток через переход должен быть небольщим (10 - 20 мА) из-за малой мощности (~10 мВт), рассеиваемой переходом. Поэтому точечные диоды можно использовать для вьтрямления только малых переменных токов.

Плоскостные диоды. Плоскостные диоды имеют плоский электрический переход, линейные размеры которого, определяющие его площадь, значительно больще щирины р-и-перехода. Площадь может составлять сотые доли квадратных миллиметров (микроплоскостные диоды) до нескольких десятков квадратных сантиметров (силовые диоды). Переход выполняют в основном методами вплавления или диффузии. Одна из конструкций плоскостного диода показана на рис. 16.18,6. Пластинку кристалла полупроводника 3 припаивают к кристаллодержателю 2 так, чтобы образовался контакт. От этого контакта и электрода 4 сделаны вьгооды 1, причем верхний проходит через стеклянный проходной изолятор 6 в корпусе 5 и коваровую трубку 7. Стеклянный изолятор покрыт cBeTOHenpoHH4aeMbnvi лаком. Корпус служит для защиты диода от внещних воздействий.

Плоскостные диоды используются для работы на частотах до 10 кГц. Ограничение по частоте связано с большой барьерной емкостью р-и-перехода (до десятков пикофарад).

Плоскостные диоды, как и точечные, могут быть выполнены с контактом металл - полупроводник. Емкость электрического перехода таких диодов небольшая, время перезарядки емкости, следовательно, мало, поэтому их используют для работы в импульсных режт!ах (сверхскоростные импульсные диоды). Плоск<х;ткые диоды бывают малой мощности (до 1 Вт), средней мощности (на токи до 1 А, напряжение до 600 В) и мощные (на токи до 2000 А).

Еыпрямительиые диоды. В выпрямительных диодах используется свойство односторонней проводимости р-и-перехода. Их применяют в качестве вентилей, которые прощскают переменный ток только в одном направлении. Вентильные свойства диода зависят от того, насколько мал обратный ток. Для уменьшения обратного тока необходимо снижать концентрацию неосновных носителей, "гго может быть обеспечено за счет высокой степени очистки исходного полупроводника. Обычно применяют полупроводники, в которых на 10-10° атомов основного элемента приходится один атом примеси.

Вольт-амперная характеристика р-и-перехода описывается уравнением (16.12). Характеристики реальных диодов несколько отличны от вольт-амперных характеристик р-и-перехода: их вид зависит от рода основного полупроводникового материала, площади р-и-перехода, тем-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 [102] 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0629