Импульсный диод - это диод с малой длительностью переходных процессов, предназначенный для применения в импульсных режимах работы. Они применяются в качестве коммутирующих элементов, для детектирования высокочастотных сигналов и для других целей. При быстрых изменениях напряжения на диоде в pn- переходе возникают переходные процессы, обусловленные двумя основными процессами. Первое - это накопление неосновных носителей в базе диода при его прямом включении, т.е. заряд диффузионной емкости. А при смене напряжения на обратное (или при его уменьшении) - рассасывание этого заряда. Второе явление - это перезарядка барьерной емкости, которая тоже происходит не мгновенно, а характеризуется постоянной времени t=rd*Cbar, где rd - дифференциальное сопротивление диода (сопротивление по переменному току), а Cbar - барьерная емкость pn- перехода. Первое явление играет основную роль при больших плотностях прямого тока через диод, заряд барьерной емкости в этом случае играет второстепенную роль. При малых плотностях тока переходные процессы в диоде определяются вторым явлением, а второстепенную роль играет уже накопление неосновных носителей заряда в базе.
Рассмотрим процесс переключения диода из состояния высокой проводимости (диод открыт) в состояние низкой проводимости (диод закрыт) При приложении прямого напряжения возникает значительный прямой ток, что приводит к накоплению неосновных носителей заряда в области базы (это высокоомная n - область). При переключении диода с прямого направления на обратное в начальный момент через диод идет большой обратный ток, ограниченный, в основном, объемным сопротивлением базы. Со временем накопленные в базе неосновных носители рекомбинируют или уходят через pn- переход, и обратный ток уменьшается до своего стационарного значения. Весь этот процесс занимает время восстановления обратного сопротивления tgoc- интервал времени от момента прохождения тока через нуль после переключения диода до момента достижения обратным током заданного низкого значения. Это один из основных параметров импульсных диодов, и по его значению они делятся на шесть групп: tboc >500 нс; tboc =150…500 нс; tboc =30…150 нс, tboc =5…30 нс; tboc =1…5 нс и tboc <1 нс.
Рисунок 1.11 - Процесс переключения диода из открытого состояния в закрытое
При пропускании импульса тока в прямом направлении наблюдается выброс напряжения в первый момент после включения (рисунок 1.12), что связано с повышением напряжением до тех пор, пока не закончится накопление неосновных носителей в базе диода. После этого сопротивление базы понижается и напряжение уменьшается.
Рисунок 1.12 Процесс переключения диода из закрытого состояния в открытое
Значения этих параметров зависят от структуры диода и от времени жизни неосновных носителей заряда в базе диода. Для уменьшения времени жизни неосновных носителей в базу вводится небольшое количество примеси золота. Атомы золота служат дополнительными центрами рекомбинации, в результате их введения уменьшается время жизни носителей заряда, а следовательно, и диффузионная емкость pn- перехода. Уменьшение барьерной емкости достигается технологическим и конструктивным методами. Импульсные диоды изготавливаются на основе планарной технологии, эпитаксиального наращивания, ионно-лучевой технологии. Основным полупроводниковым материалом при этом служит кремний. В быстродействующих импульсных цепях широко используют диоды Шотки, в которых переход выполнен на основе контакта металл-полупроводник. Условное обозначение показано на рис.
Рисунок - Условное обозначение диода Шотки
У этих диодов не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов в базе, их быстродействие зависит только от скорости процесса перезарядки барьерной емкости. Вольтамперная характеристика диодов Шотки напоминает характеристику диодов на основе pn - переходов. Отличие состоит в том, что прямая ветвь в пределах 8 - 10 декад приложенного напряжения представляет почти идеальную экспоненциальную кривую, а обратные токи - малы (доли-десятки наноампер). Конструктивно диоды Шотки выполняют в виде пластины низкоомного кремния, на которую нанесена высокоомная эпитаксиальная пленка с электропроводностью того же типа. На поверхность пленки вакуумным напылением нанесен слой металла. Диоды Шотки применяют также в выпрямителях больших токов и в логарифмирующих устройствах.
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ, ИМПУЛЬСНЫЕ ДИОДЫ, ВАРИКАПЫ
Высокочастотные диоды
Высокочастотные диоды ‒ приборы универсального назначения. Они могут быть использованы для выпрямления, детектирования и других нелинейных преобразований электрических сигналов в диапазоне частот до 600 МГц. Высокочастотные диоды изготовляются, как правило, из германия или кремния и имеют точечную структуру. Конструкция точечного германиевого диода показана на рис. 6.8. Диод состоит из кристалла германия, припаянного к кристаллодержателю, контактного электрода в виде тонкой вольфрамовой проволочки и стеклянного баллона. Размеры кристалла составляют 1х1х0,2 мм. Радиус области соприкосновения проволочки с германием обычно не превышает 5‒7 мкм.
Для получения р-п перехода диод в процессе изготовления подвергают токовой формовке. С этой целью через него в прямом направлении пропускается кратковременный импульс тока величиной до 400 мА. В результате формовки тонкий слой полупроводника, примыкающий к острию, приобретает дырочную проводимость, а на границе между этим слоем и основной массой пластинки возникает р-п переход. Такая конструкция диода обеспечивает небольшую величину емкости р-п перехода (не более 1 пФ), что позволяет эффективно использовать диод на высоких частотах. Однако малая площадь контакта между частями полупроводника с проводимостью типа п и р не позволяет рассеивать в области р-п перехода значительные мощности. Поэтому точечные диоды менее мощные, чем плоскостные, и не используются в выпрямителях, рассчитанных на большие напряжения и токи. Они применяются, главным образом, в схемах радиоприемной и измерительной аппаратуры, работающей на высоких частотах, а также в выпрямителях на напряжения не выше нескольких десятков вольт при токе порядка десятков миллиампер.
Включение высокочастотных точечных диодов в схему принципиально не отличается от включения плоскостных выпрямительных диодов. Аналогичен и принцип работы точечного диода, основанный на свойстве односторонней проводимости р-п перехода.
Типичная вольтамперная характеристика точечного диода показана на рис. 6.9,а . Обратная ветвь характеристики точечного диода значительно отличается от соответствующей ветви характеристики плоскостного диода.
Ввиду
малой площади p
-
n
перехода обратный ток диода мал, участок
насыщения невелик и не так резко выражен.
При увеличении обратного напряжения
обратный ток возрастает почти равномерно.
Влияние температуры на величину обратного
тока сказывается слабее, чем в плоскостных
диодах, ‒
удвоение обратного тока происходит при
приращении температуры на 15‒20°С
(рис. 6.9,б
).
Напомним (параграф 6.1), что в плоскостных
р-п
переходах обратный ток возрастает
примерно в 2‒2,5
раза при повышении температуры на каждые
10°С.
Свойства высокочастотных диодов характеризуют параметры, аналогичные указанным в параграфе 6.1. Существенное значение для оценки свойств высокочастотных диодов имеют:
Общая емкость диода С Д ‒ емкость, измеренная между выводами диода при заданных напряжении смещения и частоте.
Дифференциальное сопротивление r диф ‒ отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока.
Диапазон частот ∆f ‒ разность предельных значений частот, при которых средний выпрямленный ток диода не менее заданной доли его значения на низшей частоте.
Высокочастотные точечные диоды могут быть использованы в схемах детектирования, в качестве ограничителей, нелинейных сопротивлений, коммутационных элементов и т. п.
В последние годы все большее применение находят диоды, основанные на выпрямляющем действии контакта металл ‒ полупроводник ‒ так называемые диоды Шоттки . В отличие от обычных точечных диодов, у которых контакт осуществляется прижимом металлической иглы, у диодов Шоттки контакт представляет собой тонкую пленку металла (золото, никель, алюминий, платина, вольфрам, молибден, ванадий и др.). Как было показано выше (параграф 3.8), приборы, использующие контакт металл ‒ полупроводник, работают на основных носителях заряда, что позволяет существенно уменьшить их инерционность, а, следовательно, повысить быстродействие. Время переключения диодов Шоттки из запертого состояния в открытое и наоборот определяется малой величиной барьерной емкости, которая обычно не превышает 0,01 пФ.
Основное преимущество диодов Шоттки по сравнению с диодами на р-п переходах ‒ возможность получения меньших значений прямого сопротивления контакта, так как металлический слой по этим свойствам превосходит любой, даже сильно легированный слой полупроводника.
Малое прямое сопротивление и небольшая емкость барьера Шоттки позволяет диодам работать на сверхвысоких частотах. Типичный диапазон рабочих частот составляет 5-250 ГГц, а время переключения - менее 0,1 нс. Обратные токи диодов Шоттки малы и составляют несколько микроампер. Обратные напряжения лежат в интервале 10...1000 В.
Следует отметить, что диоды Шоттки получили распространение сравнительно недавно (в начале 70-х годов), хотя их теория насчитывает более 50 лет. Это объясняется тем, что лишь в последние годы, благодаря совершенствованию технологии производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, удалось получить барьеры Шоттки с характеристиками и параметрами, близкими к идеальным.
Импульсные диоды
Импульсные диоды предназначены для работы в быстродействующих импульсных схемах с временем переключения 1 мкс и менее. При столь коротких рабочих импульсах приходится учитывать инерционность процессов включения и выключения диодов и принимать конструктивно-технологические меры, направленные на снижение барьерной емкости и сокращение времени жизни неравновесных носителей заряда в области р-п перехода.
По способу изготовления р-п перехода импульсные диоды подразделяются на точечные, сплавные, сварные и диффузионные (меза и планарные). Устройство диодов указанных групп показана на рис. 6.10.
Конструкция точечных импульсных диодов (рис. 6.10,а ) практически не отличается от конструкции обычных высокочастотных диодов. В некоторых случаях для улучшения характеристик диода на острие контактной иглы наносят примесь (обычно индий или алюминий), образующую акцепторные центру в германии и кремнии n -типа. В процессе электроформовки приконтактная область полупроводника сильно нагревается и непосредственно под острием иглы образуется небольшая по размерам р -область.
В сплавных диодах (рис. 6.10, б) р−п переход получают вплавлением в кристалл полупроводника электронной проводимости кусочка сплава, содержащего атомы акцепторной примеси. Граница между исходным монокристаллом и сильно легированным р -слоем представляет собой р−п переход. Обычно такой метод используется при изготовлении кремниевых импульсных диодов. При создании аналогичных германиевых диодов вместо метода сплавления используют метод импульсной сварки (рис. 6.10, в ). В этом случае к кристаллу германия подводится тонкая золотая (с присадкой галлия) игла и через полученный контакт пропускается импульс тока большой амплитуды, в результате чего конец золотой иглы сваривается с германием.
Наиболее быстродействующие импульсные диоды получают методом диффузии донорных или акцепторных примесей в твердый полупроводник.
Проникая
на некоторую глубину полупроводника,
диффундирующие атомы меняют тип
проводимости этой части кристалла,
вследствие чего возникает р
−
п
переход. После получения диффузионной
структуры осуществляют химической
травление поверхности полупроводника,
после которого р
−
п
переход сохраняется только внутри
небольшой области, которая возвышается
над остальной поверхностью в виде
столика (меза). Такой вид кристалла
называют мезаструктурой (рис. 6.10, г
).
Емкость
р
−
п
переходов мезадиодов ниже, а напряжение
пробоя выше, чем у сплавных или сварных
диодов. Время переключения мезадиодов
не превышает 10 пс.
Весьма перспективными являются диоды, полученные при помощи планарно-эпитаксиальной технологии (рис. 6.10, д). При их изготовлении примесь вводится в полупроводник (обычно кремний) локально − через «окна» в защитной окисной пленке SiO 2 . Получающиеся при этом р − п переходы отличаются высокой стабильностью параметров и надежностью.
Простейшая
схема включения импульсного диода
приведена на рис. 6.11,
а.
Под воздействием входного импульса
положительной полярности (рис. 6.11,
б
)
через диод протекает прямой ток, величина
которого определяется амплитудой
импульса, сопротивлением нагрузки
и сопротивлением открытого диода. Если
на диод, через который протекает прямой
ток, подать обратное напряжение так,
чтобы его запереть, то диод запирается
не мгновенно (рис. 6.11, в
).
Рис. 6.11. Схема включения (а) и осциллограммы
входного напряжения (б) и тока (в) импульсного диода
В первый момент наблюдается резкое увеличение обратного тока I 1 через диод и лишь постепенно с течением времени он уменьшается и достигает установившегося значения I обр. Указанное явление связано со спецификой работы р − п перехода и представляет собой проявление так называемого эффекта накопления. Сущность этого эффекта состоит в следующем. Во время протекания прямого тока через р − п переход осуществляется инжекция носителей. В результате инжекции в непосредственной близости к переходу создается концентрация неосновных неравновесных носителей, которая во много раз превышает концентрацию равновесных неосновных носителей в области р − п перехода: чем больше концентрация неосновных носителей, тем больше обратный ток. Время жизни неравновесных носителей ограничено − постепенно их концентрация уменьшается как за счет рекомбинации, так и за счет ухода через р − п переход. Поэтому через некоторое время (τ в на рис. 6.11,в) неравновесные неосновные носители исчезнут; обратный ток восстановится до нормального значения I обр.
Основной характеристикой импульсных диодов является их переходная характеристика. Она отражает процесс восстановления обратного тока и обратного сопротивления диода при воздействии на него импульсного напряжения обратной полярности (см. рис. 6.11, в ).
Основные параметры импульсных диодов:
Время восстановления обратного сопротивления τ в − интервал времени от момента прохождения тока через нуль после переключения диода с заданного прямого тока в состояние заданного обратного напряжения до момента достижения обратным током заданного низкого значения.
Заряд переключения Q пк − часть накопленного заряда, вытекающая во внешнюю цепь при изменении направления тока с прямого на обратное.
Общая емкость С Д − емкость, измеренная между выводами диода при заданных напряжении смещения и частоте.
Импульсное прямое напряжение U пр. и − пиковое значение прямого напряжения на диоде при заданном импульсе прямого тока.
Импульсный прямой ток I пр.и − пиковое значение импульса прямого тока при заданной длительности, скважности и форме.
Для импульсных диодов указывают также величину постоянного прямого напряжения U пр при протекании постоянного тока I пр и величину обратного тока I обр при заданной величине обратного напряжения U обр. Предельные режимы определяются величиной максимально допустимого постоянного обратного напряжения U обр. max , максимально допустимой величиной импульсного обратного напряжения U обр.и. max , а также величинами максимально допустимого постоянного прямого тока I пр. max и максимально допустимого импульсного прямого тока I пр.и. max .
Импульсные диоды широко применяются в импульсных схемах самого различного назначения, например в логических схемах электронных цифровых вычислительных машин.
Варикапы
Варикапами называют полупроводниковые диоды, у которых используется барьерная емкость запертого р-п перехода, зависящая от величины приложенного к диоду обратного напряжения. Конструкция варикапа показана на рис. 6.12. В кристалл кремния 5 с одной его стороны вплавлен в вакууме алюминиевый столбик 4 для получения р-п перехода, а с другой стороны − сплав золото − сурьма для получения омического контакта 6. Эта структура вплавляется в вакууме в коваровый золоченый кристаллодержатель 7. К алюминиевому столбику прикреплен внутренний вывод 2. Соединение кристаллодержателя с баллоном 3 и выводом 1 осуществляется сплавлением в водороде.
Для использования свойств варикапа к нему необходимо подвести обратное напряжение (рис. 6.13).
Как известно, при отсутствии внешнего напряжения между p и n − областями существуют контактная разность потенциалов (потенциальный барьер) и внутреннее электрическое поле. Если к диоду приложить обратное напряжение U обр (рис. 6.14, а ), то высота, потенциального барьера между p и n − областями возрастет на величину приложенного напряжения (рис. 6.14, б ), возрастет и напряженность электрического поля в р-п переходе. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны глубже внутрь n - области, а дырки − внутрь р- области. В результате происходит расширение области р-п перехода и тем больше, чем выше напряжение U обр (на рис. 6.14, б и в ).
Таким образом, изменение обратного напряжения, приложенного к р-п переходу, приводит к изменению барьерной емкости между p и n − областями. Величина барьерной емкости диода С может быть определена из формулы
где
е
− относительная диэлектрическая
проницаемость полупроводника; 
S − площадь р-п перехода; d − ширина р-п перехода.
Формула (6.3) аналогична формуле для емкости плоского конденсатора. Однако, несмотря на сходство этих формул, между барьерной емкостью и емкостью конденсатора имеется принципиальное различие. В обычном конденсаторе расстояние между его пластинами, а следовательно, и его емкость не зависят от напряжения, приложенного к конденсатору. Ширина же р-п перехода зависит от величины приложенного к нему напряжения, следовательно, барьерная емкость зависит от напряжения: при возрастании запирающего напряжения ширина р-п перехода увеличивается, а его барьерная емкость уменьшается.
Основной характеристикой варикапа является зависимость его емкости от величины обратного напряжения (вольтфарадная характеристика). Типичная характеристика С = f (U обр) показана на рис. 6.15. В зависимости от назначения величина номинальной емкости варикапов может быть в пределах от нескольких пикофарад до сотен пикофарад. Зависимость емкости варикапа от приложенного напряжения определяется технологией изготовления р-п перехода.
Параметры варикапов:
Номинальная емкость С ном − емкость между выводами варикапа при номинальном напряжении смещения (обычно U CM = 4 В).
Максимальная емкость С max − емкость варикапа при заданном напряжении смещения.
Минимальная емкость С min − емкость варикапа при заданном максимальном напряжении смещения.
тельных контуров
Коэффициент перекрытия К o − отношение максимальной емкости диода к минимальной.
Добротность Q − отношение реактивного сопротивления варикапа к полному сопротивлению потерь, измеренное на номинальной частоте при температуре 20 O С.
Максимально допустимое напряжение U max − максимальное мгновенное значение переменного напряжения, обеспечивающее заданную надежность при длительной работе.
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) − отношение относительного изменения емкости при заданном напряжении к вызвавшему его абсолютному изменению температуры окружающей среды.
Максимально допустимая мощность Р max − максимальное значение мощности, рассеиваемой на варикапе, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе.
Основное применение варикапа − электронная настройка колебательных контуров. На рис. 6.16, а приведена схема включения варикапа в колебательный контур. Контур образован индуктивностью L и емкостью варикапа С B . Разделительный конденсатор С р служит для того, чтобы индуктивность L не закорачивала варикап по постоянному току. Емкость конденсатора С р должна быть в несколько десятков раз больше емкости варикапа.
Управляющее постоянное напряжение U подается на варикап с потенциометра R2 через высокоомный резистор R1. Перестройка контура осуществляется перемещением движка потенциометра R2.
Данная схема имеет существенный недостаток − напряжение высокой частоты влияет на варикап, изменяя его емкость. Это ведет к расстройке контура. Включение варикапов по схеме, показанной на рис. 6.16, б , позволяет значительно уменьшить расстройку контура при действии переменного напряжения. Здесь варикапы включены по высокой частоте последовательно навстречу друг другу. Поэтому при любом изменении напряжения на контуре емкость одного варикапа увеличивается, а другого уменьшается. По постоянному напряжению варикапы включены параллельно.
Огромное количество современных электронных устройств используют в своей работе электрические импульсы. Это могут быть слаботочные сигналы или токовые импульсы (что гораздо серьезнее в техническом отношении) в цепях блоков питания и прочих импульсных преобразователей, инверторов и т.д.
А действие импульсов в преобразователях - это всегда критичность к длительности форнтов и спадов, имеющих временные границы примерно того же порядка, что и переходные процессы в электронных компонентах, в частности - в тех же диодах. Поэтому, при использовании в импульсных схемах диодов, следует обязательно принимать во внимание переходные процессы в самих диодах - во время их включения и выключения (во время открывания и закрывания p-n-перехода).
В принципе, чтобы сократить время переключения диода из неповодящего состояния - в проводящее и обратно, в некоторых низковольтных схемах целесообразно прибегать .
Диоды данной технологии отличаются от обычных выпрямительных диодов наличием перехода металл-полупроводник, который хоть и обладает выраженным выпрямительным эффектом, но в то же самое время имеет сравнительно малую проходную емкость перехода, заряд в которой накапливается в настолько некритичных количествах и так быстро рассасывается, что схема с диодами Шоттки может работать на достаточно высокой частоте, когда время переключения имеет порядок единиц наносекунд.
Еще один плюс диодов Шоттки - падение напряженя на их переходе составляет всего около 0,3 вольт. Итак, главное достоинство диодов Шоттки - в них не затрачивается времени на накопление и рассасывание зарядов, быстродействие здесь зависит только от скорости перезаряда небольшой барьерной емкости.
Что касается , то изначальное предназначение данных компонентов вообще не предполагает работу в импульсных режимах. Импульсный режим для выпрямительного диода - это нетипичный, нештатный рижим, поэтому и особо высоких требований к быстродействию выпрямительных диодов разработчиками не предъявляется.
Выпрямительные диоды используются в основном для преобразования низкочастотного переменного тока в постоянный или пульсирующий, где вовсе не требуется малая проходная емкость p-n-перехода и быстродействие, чаще нужны просто большая проводимость и соответственно высокая стойкость к относительно длительному непрерываному току.
Выпрямительные диоды отличаюстя поэтому малым сопротивлением в открытом состоянии, большей площадью p-n-перехода, способностью пропускать большие токи. Но за счет значительной площади перехода емкость диода получаетсвя больше - порядка сотен пикофарад. Это очень много для импульного диода. Для сравнения, у диодов Шоттки проходная емкость имеет порядок десятков пикофарад.
Итак, импульсные диоды - это специально разрабатываемые диоды для работы именно в импульсных режимах в высокочастотных цепях. Их принципиальной отличительной особенностью от выпрямительных диодов является кратковременность переходных процессов в силу очень малой емкости p-n-перехода, которая может доходить до единиц пикофарад и быть еще меньше.
Уменьшение емкости p-n-перехода в импульсных диодах достигается путем уменьшения площади перехода. Как следствие, рассеиваемая на корпусе диода мощность не должна быть очень большой, средний ток через переход малой площади не должен превышать максимально допустимого значения, указываемого к документации на диод.
Часто в качестве быстродействующих диодов используют диоды Шоттки, однако они редко отличаются высоким обратным напряжением, поэтому импульсные диоды выделены как отдельный тип диодов.
Полупроводниковые материалы. Структура, связь атомов в кристаллической решеткою. Образование носителей заряда в собственных и примесных полупроводниках.
Полупроводниками являются, как правило, твердые тела срегулярной кристаллической структурой (монокристаллы). Их кристаллическая решетка состоит из множества повторяющихся и примыкающих друг к другу элементарных ячеек.
Разновидности кубической решетки:
Простая кубическая решетка
Кубическая объемо-центрированная решетка
-кубическая гранецентрированная решетка
-решетка типа алмаз
Контактные явления. Классификация. Электронно-дырочный переход. Образование, принцип работы р-п перехода в равновесном и неравновесном состояниях. Вольт-амперные характеристики. Эффект электрического поля.
Переходы между двумя областями полупроводника с различным типом электропроводности называют электронно-дырочными или р- n-переходами . .
Анализ равновесного р-n- перехода
Высота равновесного потенциального барьера определяется разностью электростатических потенциалов в р- и n- Dj o = j Ep – j En .
Dj o = j Т ln (n n о р р o / n i 2)
равновесная высота потенциального барьера определяется отношением концентраций однотипных носителей (электронов или дырок) по обе стороны перехода, на его границах:
Dj o = j Т ln (n n о / n р o );Dj o = j Т ln (p p о / p no)ширина потенциального барьера в несимметричном переходе:
l o = Ö(2e o eDj o) / (qN ) ,
ширина равновесного плавного перехода в следующем виде:l o = 3 Ö(9e o eDj o) / (qN"), где N" - градиент эффективной концентрации. Поскольку градиент одинаков в обеих частях перехода, то и ширина l o делится поровну между n- и р -слоями, т. е. плавный переход симметричен.
Анализ неравновесного р-n- перехода
Если подключить источник ЭДС U между р- и n- слоями, то равновесие перехода нарушится и в цепи потечет ток. Удельное сопротивление обедненного слоя намного выше, чем удельные сопротивления нейтральных слоев, поэтому внешнее напряжение практически полностью падает на переходе, а значит, изменение высоты потенциального барьера равно значению приложенной ЭДС.
Когда ЭДС U приложена плюсом к р- слою, высота барьера уменьшается
Dj = Dj о – U .
Напряжение такой полярности является прямым. При отрицательном потенциале на p- слое высота барьера увеличивается и знак минус следует изменить на плюс.
ширину неравновесного барьера в виде
l = Ö(2e o e(Dj o – U )) / (qN ).
Полупроводниковые диоды. Классификация. Выпрямительный полупроводниковый диод, стабилитрон, светодиод, фотодиод, диод Шоттки. Принципы работы, характеристики, параметры, области применения диодов.
Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним электрическим р-n- переходом и двумя выводами. Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода - контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом. В зависимости от технологических процессов, использованных при их изготовлении, различают точечные диоды , сплавные и микросплавные , с диффузионной базой , эпитаксиальные и др. По функциональному назначению диоды делят на выпрямительные , универсальные, импульсные, переключающие, умножительные, стабилитроны (опорные), туннельные, параметрические, фотодиоды, светодиоды, магнитодиоды, и т. д.
Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных р-n- переходов. Низкоомную область диодов называют эмиттером , а высокоомную – базой . Для создания переходов с вентильными свойствами используют р-n- , р-i , n-i- переходы, а также переходы металл – полупроводник.
Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в импульсных цепях. От выпрямительных диодов они отличаются малыми емкостями р-n-перехода (доли пикофарад) и рядом параметров, определяющих переходные характеристики диода.
Диод Шоттки - полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении.
Светодиод - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников.
Фотодиод - приёмник оптического излучения , который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.
Принцип работы:
При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей - дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода C p-n
Фотодиод может работать в двух режимах:
· фотогальванический - без внешнего напряжения
· фотодиодный - с внешним обратным напряжением
Стабилитрон – полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения.
Варикап – нелинейный управляемый конденсатор. В полупроводниковых диодах зависимость барьерной емкости от напряжения нелинейна, поэтому любой полупроводниковый прибор с р-n- переходом, в принципе, может быть использован как конденсатор с емкостью, управляемой напряжением.
В туннельных диодах носители заряда проходят сквозь потенциальный барьер за счет туннельного эффекта.
Импульсные свойства диодов. Пояснить на характеристиках и объяснить, какими физическими явлениями эти свойства обусловлены.
Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в импульсных цепях. От выпрямительных диодов они отличаются малыми емкостями р-n-
перехода и рядом параметров, определяющих переходные характеристики диода. Уменьшение емкостей достигается за счет уменьшения площади р-n-
перехода, поэтому допустимые мощности рассеяния у них невелики (30–40 мВт).
Основные параметры импульсных диодов:
● общая емкость диода С д, (доли пФ – несколько пФ);
● максимальное импульсное прямое напряжение U пр и мах;
● максимально допустимый импульсный ток I пр и мах;
● время установки прямого напряжения диода t уст
● время восстановления обратного сопротивления диода t вос
Наличие времени восстановления обусловлено зарядом, накопленным в базе диода при инжекции. Для запирания диода этот заряд должен быть «ликвидирован». Это происходит за счет рекомбинаций и обратного перехода не основных носителей заряда в эмиттер.
В быстродействующих импульсных цепях широко используют диоды Шоттки (ДШ), в которых переход выполнен на основе контакта металл – полупроводник. Структура ДШ показана на рис. 3.2 е . У этих диодов не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов в базе. В ДШ токопрохождение осуществляется основными носителями заряда и не приводит к появлению процессов инжекции не основных носителей с последующим рассасыванием их при переключении напряжения с прямого на обратное.
Кроме того, их быстродействие зависит только от скорости процесса перезарядки барьерной емкости. Вольтамперная характеристика ДШ напоминает характеристику диодов на основе р-n- переходов. Отличие состоит в том, что прямая ветвь в пределах 8–10 декад (декада – изменение значения в 10 раз) приложенного напряжения представляет почти идеальную экспоненциальную кривую, а обратные токи малы (доли – десятки нА).
отличительными особенностями ДШ являются: высокое быстродействие, малое падение напряжения при прямом смещении (0,3–0,4 В), высокий КПД выпрямления и широкие возможности использования в качестве дополнительных элементов в конструкциях различных транзисторов и других полупроводниковых приборов с целью расширения функциональных возможностей. Диоды Шоттки применяют также в выпрямителях больших токов и в логарифмирующих устройствах.
Биполярные транзисторы. Структура, принцип действия, режимы работы транзистора, схемы включения транзистора. Интегральный многоэмиттерный биполярный транзистор. Структура, принцип действия, применение. Биполярные транзисторы в ключевых и аналоговых схемах.
БТ называют полупроводниковые приборы с двумя или несколькими взаимодействующими электрическими p-n переходами и тремя или более выводами. Их усилительные свойства обусловлены явлениями инжекции и экстракции не основных носителей заряда: инжекция из Э в Б, экстракция из Б в К.
Рисунок стр. 133
Принцип работы биполярного транзистора основан на изменении сопротивления обратно смещенного p-n перехода за счет инжекции носителей заряда.
Режимы работы
Независимо от схемы включения транзисторы могут работать в одном из четырёх, отличающихся полярностью напряжения на ЭБ и БК переходе:
1)Нормальный активный режим - Э-переход включен в прямом направлении, К-переход в обратном направлении
2)Режим насыщения – Э- и К-переходы включены в прямом направлении
3)Режим отсечки - Э- и К-переходы включены в обратном направлении
4)Инверсный активный режим - Э-переход включен в обратном направлении, К-переход включен в прямом направлении.
Основным параметром биполярного транзистора является коэффициент передачи эмиттерного тока:
Близок к 1. Определяется 2-мя параметрами , где коэффициент инжекции, В-коэффициент переноса.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Украины
Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара
Факультет физики, электроники
и компьютерных систем
Кафедра радиоэлектроники
Контрольная работа по «Твердотельной электронике»
На тему: «Особенности диода»
Выполнил
студент группы КМ-11-1
Мироненков Р.Д.
Проверил
канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры радиоэлектроники.
Макаров В.А.
Днепропетровск 2013
Реферат
Ключевые слова: импульсный диод, высокочастотны диод, диод Ганна, воль-амперная характеристика диода.
Цель работы: исследование характеристик и принципов действия импульсных и высокочастотных диодов
Введение
1. Импульсный диод. Принцип действия
2. Высокочастотный диод. Принцип действия
2.1 Диод Ганна
3. Изготовление диодов
Заключение
Список литературы
Введение
Полупроводники стали настоящей золотой жилой техники, когда из них научились делать структуры, похожие на слоистый пирог.
Выращивая слой n-полупроводника на пластинке p-полупроводника, мы получим двухслойный полупроводник. Переходный слой между ними называется pn-переходом. Если к каждой половине припаять по соединительному проводу, то получится полупроводниковый диод, который действует на ток как вентиль: в одну сторону хорошо пропускает ток, а в другую сторону почти не пропускает.
Как возникает выпрямляющий запирающий слой? Образование слоя начинается с того, что в p-половине больше дырок, а в n-половине больше электронов. Разность плотности носителей зарядов начинается уравновешиваться через переход: дырки проникают в n-половину, электроны в p-половину.
С помощью внешнего источника тока можно повысить или понизить внешний потенциальный барьер. Если к диоду приложить прямое напряжение, т.е положительный полюс соединить с p-половиной, то внешняя электрическая сила начнёт действовать против двойного слоя, и диод пропускает ток, который быстро растёт с увеличением напряжения. Если же изменить полярность проводников, то напряжение падает почти до нулевой отметки. Если диод подключить в цепь переменного напряжения, то он будет служить как выпрямитель, т.е на выходе будет постоянное пульсирующее напряжение, по направлению в одну сторону (от плюса к минусу). Для того чтобы сгладить амплитуду, или как её ёщё называют "пиковое значение" пульсации тока, эффективно добавить параллельно диоду конденсатор Выпрямительные приборы довольно часто требуются в промышленности. Например выпрямители нужны для правильной работы бытовой техники (т.к почти все электроприборы потребляют постоянное напряжение. Это телевизоры, радиоприёмники, видеомагнитофоны и т.д). Также полупроводниковые диоды нужны для расшифровки видео, радио, фото и других сигналов в частотно-электрические сигналы. С помощью этого свойства полупроводников мы смотрим телевизор или слушаем радио.
Есть ещё и необычные полупроводниковые диоды- это светодиоды и фотодиоды. Фотодиоды пропускают ток только при попадании на их корпус света. А светодиоды при прохождении через них тока, начинают светиться. Цвет свечения светодиодов зависит от того, к какой разновидности он принадлежит.
Полупроводниковые диоды подразделяются на группы, в зависимости от их мощности, диапазона рабочих частот, напряжения и диапазона рабочих частот. Как у диодов, так и у транзисторов есть одно уникальное свойство. При изменении температуры, их внутреннее сопротивление изменяется и следовательно величина напряжения выпрямленного тока тоже изменяется в большую или меньшую сторону. Свето и фотодиоды применяются в качестве датчиков и индикаторов.
1. Импульсный диод. Принцип действия
Это обычные диоды, с обычной ВАХ, однако работающие в режиме переключения. Их область применения - цифровые схемы, элементы которых находятся либо в открытом состоянии «0», либо в закрытом «1». Поэтому в этом приложении представляют интерес временные параметры диода: как быстро он переходит из закрытого в открытое состояние и наоборот. На рис.1 показан импульсный диод на основе несимметричного контакта. Примем условие, что эмиттер имеет n - проводимость. Это дает основание рассматривать поведение и ток только электронов. При обратной не симметрии вся сказанное будет относиться к дыркам.
Рис.1. Импульсный диод
Рассмотрим процессы при переключении. Подадим на него прямое напряжение - идеальную ступень (рис.2.а) Первоначально начнут движение электроны, обладающие наибольшей энергией, находящиеся непосредственно вблизи p-n перехода, далее к ним присоединятся те, которые находятся внутри n области. Таким образом, из-за различия энергий носителей постепенно увеличивается их число, постепенно увеличивается и прямой ток. Этот процесс во времени показан на рис.2.б, а для оценки вводится параметр t уст - время установления открытого состояния. При большом времени ток не меняется и в области «p» перехода скапливается большое количество неосновных носителей, электронов. Возникает неравновесная концентрация носителей в p области кристалла.
Подадим на переход столь же резко изменяющуюся обратную полярность напряжения. Неравновесные электроны, накопившиеся в «p» области, начнут выводиться под действием электрического поля в «n» область. Концентрация их велика, поэтому обратный ток в течении какого - то времени будет большим. Эта стадия процесса показана на рис.2.б, как t 1 . в конце концов, процесс вывода закончится, переход становится в закрытое состояние. Теперь есть две полупроводящие области p и n b и слой диэлектрика между ними. Это конденсатор, который начинает заряжаться под действием обратного напряжения. Ток заряда будет уменьшаться по закону экспоненты, на рис.2.б это время t 2 . В целом время восстановления закрытого состояния равно t 1 +t 2 =t восст.
Рис.2. Процессы в импульсном диоде
Обычно t восст >> t восст. Для улучшения параметров диода для изготовления используются материалы с высокой подвижностью носителей (Ge), площадь перехода делают маленькой, применяют p-i-n структуры. Пример применения импульсного диода приведен на рис. Форма напряжения на нагрузочном сопротивлении повторяет форму тока на рис.3.
Рис.3.Работа импульсного диода
2. Высокочастотные диоды. Принцип действия
В технике сверхвысоких частот (для работы в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн) применяются особые германиевые и кремневые сверхвысокочастотные диоды (СВЧ диоды). По-своему назначению СВЧ диоды делятся на видео детекторные, предназначены для детектирования СВЧ колебаний, переключательные, предназначенные для применения в устройствах управления уровнем СВЧ мощности, параметрические, предназначенные для применения в параметрических усилителях СВЧ колебаний, и преобразовательные. В свою очередь, преобразовательные диоды, в которых используется нелинейность вольтамперной характеристики перехода, делят на:
· смесительные, используемые для преобразования СВЧ сигнала и сигнала гетеродина в сигнал промежуточной частоты;
· умножительные, используемые для умножения частоты СВЧ сигнала;
· модуляторные, используемые для модулирования амплитуды СВЧ сигнала.
В СВЧ диодах обычно используется точечный контакт. Переход в таких диодах не формуется. Выпрямляющий контакт осуществляется простым прижимом к полированной поверхности полупроводника острия металлического контактной пружины. Эти диоды изготовляются из очень низкоомного материала (время жизни носителей заряда мало) и имеют весьма малый радиус точечного контакта (2-3 мкм), что обеспечивает хорошие высокочастотные свойства. Однако напряжение пробоя СВЧ диодов очень низкое (всего 3-5 В), а прямое напряжение относительно высокое.
Обратный ток у них хотя и мал, но начинает возрастать практически с нуля за счет туннельного эффекта носителей через переход (рис.4).
Рис. 4. ВАХ высокочастотного диода
Конструкция СВЧ диодов обычно приспособлена к сочленению с элементами коаксиального или волноводного тракта, с измерительными головками и другими деталями системы СВЧ. В длинноволновом участке СВЧ диапазона (3-10 см) основными типами корпуса являются металлокерамический или металлостеклянный патронного типа. В диапазоне волн 1-3 см габариты и емкость этих корпусов становятся недопустимо большими, и поэтому выпрямляющий контакт монтируется в корпусе коаксиального типа. В диапазоне миллиметровых волн используются волноводную конструкцию.
Помимо длинны волны, на которой СВЧ диоды имеют параметры, гарантированные нормами технического задания и максимально допустимых данных, СВЧ диоды также характеризуются электрическими параметрами, отражающими основное значение. Так, смесительные СВЧ диоды характеризуют потерями преобразования (отношение мощности СВЧ на входе к мощности промежуточной частоты на выходе диода), шумовым отношением (отношение мощности шумов на выходе диода в рабочем режиме к мощности тепловых шумов активного сопротивлению диода), нормированным коэффициентом шума, характеризующим обобщенную чувствительность приемного устройства, и дифференциальным выходным сопротивлением. В ряде случаев электрический параметр определяет не толь-ко свойства самого СВЧ диода, но и свойства конкретного СВЧ устройства, в котором установлен данный диод.
Следует иметь в виду, что мощность, при которой происходит "выгорание" диода, сопровождающееся необратимыми ухудшениями вольтамперной характеристики или пробоем, весьма мала. Поэтому необходимо исключить всякие непредусмотренные воздействия и принять нужные меры защиты как при работе, так и при хранении СВЧ диода (например, недопустим разряд через диод статического электричества, накопленного на теле оператора; хранение диода в металлическом патроне и др.).
В устройствах миллиметрового диапазона волн (особенно интегральных) для построения мощных СВЧ усилителей широко применяют лавинно-пролетные диоды, а для построения СВЧ генераторов диоды Ганна. В этих диодах используется явление ограничения подвижности электронов в электрических полях с напряженностью выше критической, и в их вольтамперных характеристиках имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Лавинно-пролетные диоды работают в режиме лавинного размножения носителей заряда при обратном смещении электрического перехода. В диодах Ганна (в структуре этих приборов нет выпрямляющего перехода) используется эффект возникновения электрических колебаний в пластине из арсенида галлия при приложении к ней постоянного напряжения, создающего электрическое поле с напряженностью более 105 В/м.
Выпускаемые промышленностью лавинно-пролетные диоды и генераторы Ганна рассчитаны на выходную СВЧ мощность в непрерывном режиме в несколько десятков милливатт. В импульсном режиме эта мощность может быть повышена на несколько порядков. Для увеличения выходной мощности нужны лавинно-пролетные диоды и генераторы Ганна с большей площадью электронно-дырочного перехода и большей площадью тонкой пленки полупроводника. При этом они должны быть однородны не только по толщине, но и по площади.
Рабочие частоты современных кремниевых СВЧ диодов приближаются уже к теоретическому пределу. Поэтому, чтобы еще улучшить частотные свойства, нужно использовать другой материал, а также разрабатывать полупроводниковые приборы с другим принципом действия.
2.1 Диод Ганна
Диод Ганна (изобретён Джоном Ганном в 1963 году) -- тип полупроводниковых диодов, использующийся для генерации и преобразования колебаний в диапазоне СВЧ на частотах от 0,1 до 100 ГГц. В отличие от других типов диодов, принцип действия диода Ганна основан не на свойствах p-n-переходов, т.е. все его свойства определяются не эффектами, которые возникают в местах соединения двух различных полупроводников, а собственными свойствами применяемого полупроводникового материала.
В отечественной литературе диоды Ганна называли приборами с объемной неустойчивостью или с междолинным переносом электронов, так как активные свойства диодов обусловлены переходом электронов из "центральной" энергетической долины в "боковую", где они уже могут характеризоваться малой подвижностью и большой эффективной массой. В иностранной же литературе диоду Ганна соответствует термин ТЭД (Transferred Electron Device). диод ганн высокочастотный импульсный
На основе эффекта Ганна созданы генераторные и усилительные диоды, применяемые в качестве генераторов накачки в параметрических усилителях, гетеродинов в супергетеродинных приемниках, генераторов в маломощных передатчиках и в измерительной технике.
При создании низкоомных омических контактов, необходимых для работы диодов Ганна, существуют два подхода:
· Первый из них заключается в поисках приемлемой технологии нанесения таких контактов непосредственно на высокоомный арсенид галлия.
· Второй подход заключается в изготовлении многослойной конструкции генератора. В диодах такой структуры на слой сравнительно высокоомного арсенида галлия, служащего рабочей частью генератора, наращивают с двух сторон эпитаксиальные слои относительно низкоомного арсенида галлия с электропроводностью n-типа. Эти высоколегированные слои служат переходными прослойками от рабочей части прибора к металлическим электродам.
Диод Ганна традиционно состоит из слоя арсенида галлия с омическими контактами с обеих сторон. Активная часть диода Ганна обычно имеет длину порядка l = 1-100 мкм и концентрацию легирующих донорных примесей n = 1014 ? 1016 см?3. В этом материале в зоне проводимости имеются два минимума энергии, которым соответствуют два состояния электронов -- «тяжёлые» и «лёгкие». В связи с этим с ростом напряжённости электрического поля средняя дрейфовая скорость электронов увеличивается до достижения полем некоторого критического значения, а затем уменьшается, стремясь к скорости насыщения.
Таким образом, если к диоду приложено напряжение, превышающее произведение критической напряжённости поля на толщину слоя арсенида галлия в диоде, равномерное распределение напряжённости по толщине слоя становится неустойчиво. Тогда при возникновении даже в тонкой области небольшого увеличения напряжённости поля электроны, расположенные ближе к аноду, «отступят» от этой области к нему, а электроны, расположенные у катода, будут пытаться «догнать» получившийся движущийся к аноду двойной слой зарядов. При движении напряжённость поля в этом слое будет непрерывно возрастать, а вне его -- снижаться, пока не достигнет равновесного значения. Такой движущийся двойной слой зарядов с высокой напряжённостью электрического поля внутри получил название домена сильного поля, а напряжение, при котором он возникает -- порогового.
В момент зарождения домена ток в диоде максимален. По мере формирования домена он уменьшается и достигает своего минимума по окончании формирования. Достигая анода, домен разрушается, и ток снова возрастает. Но едва он достигнет максимума, у катода формируется новый домен. Частота, с которой этот процесс повторяется, обратно пропорциональна толщине слоя полупроводника и называется пролетной частотой.
На ВАХ полупроводникового прибора наличие падающего участка является не достаточным условием для возникновения в нём СВЧ колебаний, но необходимым. Наличие колебаний означает, что в пространстве кристалла полупроводника возникает неустойчивость волновых возмущений. Но такая неустойчивость зависит от параметров полупроводника (профиля легирования, размеров, концентрации носителей и т.д.).
Рис.5. ВАХ диода Ганна
При помещении диода Ганна в резонатор возможны другие режимы генерации, при которых частота колебаний может быть сделана как ниже, так и выше пролетной частоты. Эффективность такого генератора относительно высока, но максимальная мощность не превышает 200--300мВт.
Диод Ганна может быть использован для создания генератора в 10 ГГц и выше (ТГц) диапазона частот. А резонатор, который может принимать форму волновода, добавляют для контроля частоты. Частота генераторов на диоде Ганна определяется в основном резонансной частотой колебательной системы с учетом емкостной проводимости диода и может перестраиваться в широких пределах механическими и электрическими методами. Однако срок службы генераторов Ганна относительно мал,что связано с одновременным воздействием на кристалл полупроводника таких факторов, как сильное электрическое поле и перегрев кристалла из-за выделяющейся в нем мощности.
Диоды Ганна, работающие в различных режимах, используются в диапазоне частот 1-100 ГГц. В непрерывном режиме реальные генераторы на диодах Ганна имеют КПД порядка 2-4% и могут обеспечить выходную мощность от единиц мВт до единиц Вт. Но при переходе в импульсный режим КПД увеличивается в 2-3 раза. Специальные резонансные системы, позволяющие добавить к мощности полезного выходного сигнала некоторые высшие гармоники, служат для увеличения КПД и такой режим называется релаксационным.
Существуют несколько разных режимов, в одном из которых генератор на диоде Ганна может совершать работу, в зависимости от питающего напряжения, температуры, свойства нагрузки: доменный режим, гибридный режим, режим ограниченного накопления объемного заряда и режим отрицательной проводимости.
Наиболее часто используемым режимом является доменный режим, для которого в течение значительной части периода колебаний, характерен режим существования дипольного домена. Доменный режим может иметь три различных вида: пролетный, с задержкой образования доменов и с гашением доменов, которые получаются при изменении сопротивления нагрузки.
Для диодов Ганна был так же придуман и осуществлен режим ограничения и накопления объемного заряда. Его существование имеет место, при больших амплитудах напряжения на частотах, в несколько раз больше пролетной частоты и при постоянных напряжениях на диоде, которые в несколько раз превышают пороговое значение. Однако существуют требования для реализации к данному режиму: нужны диоды с очень однородным профилем легирования. Однородное распределение электрического поля и концентрации электронов по длине образца обеспечивается за счет большой скорости изменения напряжения на диоде.
Наряду с арсенидом галлия и фосфидом индия InP (до 170 ГГц) методом эпитаксиального наращивания, для изготовления диодов Ганна также используется нитрид галлия (GaN) на котором и была достигнута наиболее высокая частота колебаний в диодах Ганна -- 3 ТГц. Диод Ганна имеет низкий уровень амплитудных шумов и низкое рабочее напряжение питания (от единиц до десятков В).
Эксплуатация диодов происходит в резонансных камерах представляющие собой в виде микросхем на диэлектрических подложках с резонирующими емкостными и индуктивными элементами, либо в виде комбинации резонаторов с микросхемами.
3. Изготовление диодов
Технология изготовления диода может быть основана на любом из описанных выше методов получения р-гс-переходов на кремнии и германии. Однако прибор, обладающий наилучшими усилительными качествами, получается диффузионным способом, с помощью меза-технологии.
Технология изготовления диодов Ганна сравнительно несложна. Диоды изготавливают либо на основе монокристаллов, либо на основе эпитакси-альных пленок GaAs. Размеры пластин для изготовления диодов выбирают, исходя из условий режима их работы и требуемых параметров.
По параметрам и технологии изготовления диодов и тиристоров в тексте и таблицах приняты следующие сокращения: Si - кремний, Qe - германий, GaAs - арсепид галлия, СаР - фосфит галлия, Si(СO 3) 2 - карбид кремния.
Заключение
В этой работе мы рассмотрели принципы работы импульсного и высокочастотного диодов. Каждый из диодов имеет свои параметры, характеристики, и свое предназначение в электрической цепи. Диод -- электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключаемый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом , подключаемый к отрицательному полюсу -- катодом.
Импульсные диоды работают в режиме электронного ключа. Длительность импульсов может быть очень мала, поэтому диод должен очень быстро переходить из одного состояния в другое. Основным параметром, характеризующим быстродействие импульсных диодов является время восстановления обратного сопротивления. Для уменьшения используют специальные меры, ускоряющие процесс рассасывания неосновных носителей заряда в базе. Требованиям, предъявляемым к импульсным диодам, хорошо удовлетворяют диоды на основе барьера Шоттки, которые имеют очень малую инерционность благодаря отсутствию инжекции и накопления неосновных носителей заряда в базе.
Высокочастотный диод применяется для линейных или нелинейных преобразований высокочастотных сигналов до 600 МГц. (СВЧ диоды - до 12 ГГц.) Он используется в схемах детекторов -- это выпрямители высокочастотных сигналов.
· Барьерная ёмкость Сб [мкФ]
· f раб [МГц]
В современных импортных диодах используется такая характеристика, как "Время восстановления". В ультрабыстродействующих диодах она достигает величин 100 нс.
Список литературы
1. Алфёров Ж. И. // Физика и техника полупроводников. 1998. Т.32. №1. С.3-18.
2. Берг А., Дин П. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. М., 1979.
3. Коган Л. М. Полупроводниковые светоизлучающие диоды. М., 1983.
4. Лосев О. В. У истоков полупроводниковой техники: Избранные труды. Л., 1972.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Понятие полупроводникового диода. Вольт-амперные характеристики диодов. Расчет схемы измерительного прибора. Параметры используемых диодов. Основные параметры, устройство и конструкция полупроводниковых диодов. Устройство сплавного и точечного диодов.
курсовая работа , добавлен 04.05.2011
Понятие диодов как электровакуумных (полупроводниковых) приборов. Устройство диода, его основные свойства. Критерии классификации диодов и их характеристика. Соблюдение правильной полярности при подключении диода в электрическую цепь. Маркировка диодов.
презентация , добавлен 05.10.2015
Напряжение тока и сопротивление диода. Исследование вольтамперной характеристики для полупроводникового диода. Анализ сопротивления диода. Измерение напряжения и вычисление тока через диод. Нагрузочная характеристика параметрического стабилизатора.
практическая работа , добавлен 31.10.2011
Исследование вольтамперных характеристик диодов, снятие характеристик при различных значениях напряжения. Аппроксимация графиков вольтамперных характеристик диодов, функции первой и второй степени, экспоненты. Исходный код программы и полученные данные.
лабораторная работа , добавлен 24.07.2012
Механизм действия полупроводникового диода - нелинейного электронного прибора с двумя выводами. Работа стабилитрона - полупроводникового диода, вольтамперная характеристика которого имеет область зависимости тока от напряжения на ее обратном участке.
презентация , добавлен 13.12.2011
Определение величины обратного тока диодной структуры. Расчет вольт-амперной характеристики идеального и реального переходов. Зависимости дифференциального сопротивления, барьерной и диффузионной емкости, толщины обедненного слоя от напряжения диода.
курсовая работа , добавлен 28.02.2016
Расчет напряжения на переходе при прямом включении при заданном прямом токе. Влияние температуры на прямое напряжение. Сопротивление диода постоянному току. Вольт-амперная характеристика диода. Параметры стабилизатора напряжения на основе стабилитрона.
контрольная работа , добавлен 14.01.2014
Составление и обоснование электрической схемы измерения вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов. Определение перечня необходимых измерительных приборов и оборудования, сборка экспериментальной установки. Построение графиков зависимостей.
курсовая работа , добавлен 19.11.2015
Классификация диодов в зависимости от технологии изготовления: плоскостные, точечные, микросплавные, мезадиффузионные, эпитаксально-планарные. Виды диодов по функциональному назначению. Основные параметры, схемы включения и вольт-амперные характеристики.
курсовая работа , добавлен 22.01.2015
Параметры, свойства, характеристики полупроводниковых диодов, тиристоров и транзисторов, выпрямительных диодов. Операционный усилитель, импульсные устройства. Реализация полной системы логических функций с помощью универсальных логических микросхем.
