Главная Движение носителей электрических зарядов



ионами доноров. За счет этого возшп<ают электрическое поле, напряженность которого направлена в сторону от полупроводника к металлу, и потенциальный барьер. Поле препятствует дальнейшему движению электронов в металл, поэтому в состоянии равновесия уровень Ферми для металла и для полупроводника становится единым. Образованный слой располагается в полупроводнике, так как он обладает удельным сопротивлением значительно большим, чем удельное сопротивление металла.

При пpяюм включении {плюсом на металл, минусом на полупроводник) высота потенциального барьера снижается, сохфотивление образованного слоя уменьшается и через него электроны (основные нocиteли для полупроводника) переходят в металл. Так как при этом инжекции дырок из металла в полупроводник не происходит, прямой ток обусловлен движением только основных носителей заряда полупроводника.

При обратном включении источника высота потенциального барьера повьш1ается и его могут преодолевать только дырки (неосновные носители заряда для полупроводника), так как поле образованного слоя для них является ускоряющим. Поток дырок в металл создает обратный ток. Но так как концентрация дырок мала, то обратный ток также мал.

Таким образом, образованный на границе между металлом и полупроводником слой располагается в полупроводнике у границы с металлом. Этот слой является запирающим и обладает выпрямляющим свойством. Он является негшжектирующим, что является большим преимуществом перед обычным р-и-переходом. Кроме того, в таком контакте можно обеспечить незначительную барьерную емкость. Эти уникальные свойства контакта металл - полупроводник позволяют создавать на его основе полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы) с идеальными характеристиками для работы в импульсных схемах.

Потенциальный барьер, полученный на контакте металл - полупроводник, часто назьгоают барьером Шотки, а диоды на его основе - диодами Шотки (их условное обозначение в схемах представлено на рис. 16.23). Базой диода является тонкий слой толщиной 1 -1,5 miovi высокоомного полупроводника п-типа. Его наносят методом эпитак-сиальной технологии на подложгсу - пластинку низкоомного полупроводника того же типа (так обозначают область с более высокой удельной проводимостью). Для обеспечения идеальксго контакта между металлом и полупроводником металл напыляют в вакууме на слой и-полупроводника. В качестве материала полупроводника чаще всего используют w-Si, а в качестве металла - М, Аи, Мо и др. При этом исходят из того, что работа выхода металла должна быть больше работы выхода кремния. Из-за отсутствия инжекщм в базу неосновных носителей в ней не происходят процессы накопления и рассасывания зарядов. Барьерная емкость вследствие малой площади и большой ширины запирающего слоя мала, она не превышает 1 пФ, поэтому длительность переходных процессов, обусловленная в диодах Шотки только перезарядкой барьерной емкости, составляет десятые доли нано-



секунды. Диоды Шотки можно использовать для работы на частотах до десятков гигагерц.

Стабилитроны. Это полупроводниковые диоды, принцип работы которых основан на том, что при обратном напряжении на р-и-переходе в области электрического пробоя напряжение на нем изменяется незначительно при значительном изменении тока. Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжений и используются в параметрических стабилизаторах напряжения, в качестве источников опорных напряжений, в схемах ограничения импульсов и др. Напряжение стабилизации (пробивное напряжение) является рабочим. Оно зависит от свойств полупроводника, из которого изготовляют диод, а также технологии изготовления прибора.

Если используется исходный полупроводник с высокой концентрацией примеси (низкоомный), то р-и-переход будет узким и наблюдается туннельный пробой. Рабочее напряжение при этом небольшое (до 6 В). В высокоомных полупроводниках р-и-переход широкий, пробой носит характер лавиннрго, рабочее напряжение несколько больше (порядка 8 В и более).

Все стабилитроны изготовляют на основе и-Si, так как его применение обеспечивает малый обратный ток до наступления пробоя, в рабочем режиме не превышающий прямого тока, резкий переход в режим пробоя при незначительных изменениях обратного напряжения и допускает нагрев р-и-перехода до высоких температур. Вольт-амперная характеристика стабилитрона для разных температур, условное обозначение в схемах и пр<х;тейшая схема стабилизации постоянного напряжения с помощью стабилитрона показаны на рис. 16.24, а, б соответственно.

Если напряжение источника питания f/ возрастает, в отсутствие стабилитрона должны возрасти ток в общей цепи и в резисторе нагрузки R„, а следовательно, и напряжение на резисторе. Этого не прошойдет, если в схему включить стабилитрон. Сопротивление стабилитрона при повышении t/ резко уменьшается, избыточный ток замыкается через него, но при увеличении тока через стабилитрон напряжение на нем останется неизменным, поэтому неизменным будет и напряжение на резисторе К, а следовательно, и иък. Избыточное напряжение гасится на ограничивающем резисторе Rq.

Основными параметрами стабилитронов являются напряжение стабилизации - значение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации (от 3 до 400 В при максимальном токе




в несколько десятков и сотен миллиампер), допустимая мощность, рассеиваемая в стабилитроне (от сотен милливатт до единиц ватт), а также дифференциальное сопротивление = AU„/AI„.

Варикапы. Это полупроводниковые диоды, в которых использовано свойство р-п-перехода изменять барьерную емкость при изменении обратного напряжения. Таким образом, варикап можно рассматривать как конденсатор с электрически управляемой емкостью.

Основными параметрами этих приборов являются емкость, шме-ренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении; коэффициент перекрытия по емкости - отнощение емкости варикапа при двух заданных значениях обратных напряжений, а также добротность - отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте сигнала к сопротивлению потерь при заданном значении емкости или обратного напряжеш1я.

Глава 17

ТРАНЗИСТОРЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

§ 17.1. Биполярные транзисторы

Транзисторы подразделяют на два основных класса: биполярные и полевые.

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор с двумя -взаимодействующими электрическммя езереходамн и тремн (или более) выиодамн, усилителы1ые свойства которого обусловлены яв.1ет:1!ми nejcescsiUH и экстракции иеосновЕгых носителей заряда.

Имеется две разновидности биполярных транзисторов: бездрейфовые (диффузионные) и дрейфовые - они отличаются принципом работы. Рассмотрим бездрейфовые биполярные транзисторы.

Конструктивно биполярный транзистор представляет собой гшастину монокристалла полупроводника с электропроводностью р- или и-типа, по обеим сторонам которой вплавлены (или внесены другим образом) полупроводники, обладающие другим типом электропроводности. На границе раздела областей с разным типом электропроводности образуются р-п- или п-р-переходы. Каждая из обласгей, называемых эмиттером 1, коллектором 2 и базой 3, снабжается омическим контактом, от которого делается вывод Э, К и Б соответственно (рис. 17.1). Транзистор укрепляют на кристал-лодержателе и помещают в герметширован-ный корпус, в дно которого через стеклянные изоляторы проходят выводы. Корпус может быть металлическим, пластмассовым или стеклянным. Рис. 17.1


11 А. Г. Морозов



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


0.023