Главная Движение носителей электрических зарядов





0,2 Cfy 0,6 OS 0,B

+70 Io5p"<

Рис. 16.19

пературы. Прямые ветви вольт-амперных характеристик диодов, выполненных на основе германия и - кремния, показаны на рис. 16.19, а, изменение вида вольт-амперной характеристики диода с температурой - на рис. 16.19,6. Особенно сильно влияние температуры сказывается на обратной ветви характеристики, так как с ростом температуры возрастает тепловой ток. В германиевых диодах увеличение температуры на десять градусов вьгзьгоает увеличение обратного тока в два раза, в кремниевых диодах - в два с половиной раза. С ростом обратного тока увеличивается нагрев р-и-перехода, чго может привести к тепловому пробою. Верхний предел рабочих температур для германиевых диодов составляет 85-100°С, для кремниевых - до 200 °С.

Простейшая схема однополупериодного выпрямителя с полупроводниковыми диодами показана на рис. 16.20. К диоду в общем случае может быть приложено как постоянное (для определения рабочей точки на характеристике), так и переменное напряжение, поэтому для описания работы диода в первом случае используют статические характеристики и параметры, во втором случае - динамические. Статические параметры - это пpяюй выпрямленный ток, наибольшее допустимое напряжение, обратное сопротивление, максимально допустимая мощность и ДР- Динамические параметры - дифференциальное сопротивление »-д = = dUldl, общая емкость диода С, емкость между выводами диода при заданных напряжении и частоте, которая включает в себя емкости 6, Сдиф и емкость корпуса диода; граничная частота Утр, на которой выпрямленный ток уменьшается в /2 раз.

ИмпульсЕзые ДИОДЫ. Диоды, предназначенные для работы в импульсных режимах, называются импульсными. Такие диоды используют, например, в вычислительных устройствах (в ключевых, логических схемах и да.). В импульсных режимах через промех<утки времени, равные единицам - долям микросекунды, диоды переключаются с прямого напряжения на обратное. При этом каждое новое состояние диода не может устанавливаться мгновенно, поэтому существенное значение здесь 1фиобретают так назьгоаемые переходные процессы.



Рассмотрим работу диода, у которого область р-типа является базой, а область п-типа - эмиттером, при воздействии на диод прямоугольного импульса (рис. 16.21, а). При прямом напряжении потенциальный барьер снижается и происходит инжекция электронов из эмиттера в базу (дырки базы тоже диффундируют в эмиттер, но их концентрация мала, поэтому их потоком можно пренебречь). Пришедшие в базу электроны не могут фазу рекомбинировать с дырками базы или дойти до омического контакта базы (где они тоже могли бы рекомбинировать), поэтому происходит накопление электронов в базе. Чем больше прямой ток, тем больше электронов накапливается в базе. Число электронов зависит также от времени ясизни нсеи-телей заряда: чем оно больше, тем меньше электронов рекомбинирует.

При прямом напряжении сопротивление р-и-перехода хотя и нелинейно, но очень мало, поэтому оно погги не влияет на ток, и импульс тока искажается очень незначительно (рис. 16.21,6).

Как только напряжение изменится на обратное, обратный ток в первый момент будет значительным, а обратное сопротивление резко уменьшится. Это объясняется тем, что накопленные в базе носители заряда (электроны) начнут перемещаться в сторону р-и-перехода и, таким образом, образуют импульс обратного тока. Этот импульс будет тем больше, чем больше носителей зарядов накопилось в базе. Заряды, накопленные в базе, втягиваясь полем р-и-перехода, переходят в эмиттер, часть их рекомбишфует в базе с дьфками (т. е. число их уменьшается и в течение определенного времени обратный ток достигает установившегося значения), и обратное сопротивление восстановится до нормального значения. Процесс уменьшения заряда в базе называется рассасыватем.

К току рассасывания добавляется зарядный ток барьфной емкости р-и-пфе-хода, возникающий под действием обратного напряжения, увеличивая тем самым импульс обратного тока.

• Время в течение которого обратный ток изменяется от максимального значения до установившегося, назьгоаегся временем восстановления обратного сопротивления (или тока) диода Это важный параметр импульсных диодов - чем он меньше, тем диод лучше. Обычно tooc менее десятых долей микросекунды.

Чобр I----


Piic. 16.20




Для улучшения свойств импульсных диодов при их проектировании исходный материал выбирают с малым временем жизни носителей заряда (тогда интенсивнее рекомбинация) и р-и-переход делают с малой плогцадью, чтобы снизить емкость Cg.

Импульсные диоды могут быть точечными и плоскостными. Конструкция и технология изготовления импульсных диодов практически аналогичны конструкции и технологии изготовления точечных высокочастотных диодов и плоскостных (с малой площадью р-и-петзсхода) вьшpяштeльныx диодов. Условное обозначение импульсных диодов в схемах такое же, как и выпрямительных (см. рис. 16.17). Точечные импзльсные диоды слаботочные, их широко применяют в ЭВМ в качестве быстродействующих переключающих элементов. Плоскостные диоды работают при средних и больших импульсных токах.

Основными 1гараметрсши импульсных диодов являются время восстановления и барьерная емкость С, а также обратный ток /обр при определенном обратном напряжении Uoep, постоянное прямое напряжение Up при постоянном прямом токе /„р, максимально допустимый импульсный прямой ток /пр. и max, максимально допустимое обратное напряжение t/o6pmax-

Туннелыаяе диоды. Туннельным диодом назьшают полупроводниковый прибор, сконструированный на основе вырожденного полупроводника (т, е. полупроводника с большим содержанием примеси), в котором при сйратном и небольшом прямом напряжении возникает туннельный эффект и вольт-амперная характеристика имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Устройство туннельных диодов в принципе почти не отличается от устройства других диодов, но для их изготовления применяют полупроводниковые материалы с большим содержанием примесей (до 10° см"). Вследствие этого удельные сопротивления областей р- и и-типов очень малы, а ширина р-и-перехода составляет примерно 0,02 мкм, чго в сто раз меньше, чем в других полупроводниковых диодах. Напряженность электрического поля в таких р-и-переходах достигает огромной величгшы - до 10* В/см.

В вырожденных полупроводниках донорные и акцепторные уровни расщепляются в зоны, так как расстояния между примесными атомами невелики. Донорные уровни находятся в свободной зоне, а акцепторные - в валентной. Уровень Ферми лежит в разрешенной зоне (выше уровня дна свободной зоны 1, и ниже уровня потолка валентной зоны Hjn), поэтому контактная разность потенциалов высока - энергия элисгрона близка к ширине запрещенной зоны.

Вольт-амперная характеристика туннельного диода и его условное обозначение в схемах показаны на рис 16.22, а. Рассмотрим с помощью зонной теории вид вольт-амперной характеристики. В равновесном состоянии системы (рис. 16.22,6) уровень Ферми постоянен для обеих областей полупроводникового диода, поэтому другие знергети-чежие уровни искривляются настолько сильно, что нижняя граница дна свободной зоны области и-типа оказывается ниже верхней границы потолка валентной зоны области р-типа, и так как переход очень узкий, то носители заряда могут переходить нз одной области



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


0.0288