Полупроводниковые диоды

 

 

 

 

 

 

 

 

Импульсный  диод

Импульсные диоды предназначены  для работы в цепях с очень  быстрым (импульсным) изменением тока по величине и по направлению. При быстром изменении напряжения (тока) на диоде ток (напряжение) через диод в соответствии со статической характеристикой (3.9) устанавливается не сразу, а через некоторое время, обусловленное инерционностью диода. Инерционность диода связана с конечной скоростью установления концентрации неравновесных носителей при внешнем смещении р-n перехода. Поэтому для импульсных диодов наряду с параметрами, определенными из статической вольт-амперной характеристики, вводят еще ряд параметров, характеризующих инерционность диода. Основные из них:

1. t_восст - время восстановления обратного сопротивления при переключении из прямого направления в обратное в момент t₁ (рис.5). В начальный момент после переключения U_a обратный ток намного больше установившегося (3.8) из-за высокой неравновесной концентрации неосновных носителей, оставшихся от прямого смещения. В течение t_восст концентрация неосновных носителей уменьшается, а обратный ток достигает заданного значения (несколько большего, чем из (3.8), как показано на рис.5).

Рис. 5

Рис.6

2. t_уст - время установления прямого сопротивления диода при переключении из обратного направления в прямое в момент t₁ (рис.6). В начальный момент включения прямого тока величина прямого напряжения (сопротивления) на p-n переходе больше, чем это следует из (3.7), так как концентрация инжектированных (неосновных) носителей еще мала. В течение t_уст концентрация инжектированных носителей достигает величины, близкой к установившейся, а прямое напряжение (сопротивление) уменьшается до 1,1 U_np , соответствующего статической вольт-амперной характеристике (3.7). Этот процесс еще характеризуют максимальным импульсным прямым напряжением U_{np.имп.max}.

3. С_д - емкость диода при заданном смещении. Часто С_д  измеряется при U_обр= 5 В.

Импульсные диоды выполняются точечными и плоскостными с малой площадью перехода.

 

 

 

 

 

 

 

Параметры импульсных диодов

Тип диода	Iпр, мА	Uпр	Uпр.имп	Uобр	Iобр, мкА	tвосст, мкс	tуст, мкс	C (Uобр=5В), пФ
		В
Д18 Д219А КД503А	20 50 20	1 1 1	5,0 2,5 2,5	20 70 30	50 1 10	<0,1 0,5 0,01	<0,08 - -	0,5 15 5

 

По величине  t_вост импульсные диоды подразделяются на:

скоростные, или микросекундные  1мкс< t_вост <0,1мс

сверхскоростные, или  наносекундные       t_вост <0,1мкс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варикапы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варикапы – это  полупроводниковый диод, в котором  используется зависимости барьерной емкости С_бар р-п перехода от обратного напряжения. Для большинства реальных р-п переходов зависимость С_бар(U_обр) можно представить в виде

 С_бар(U_обр)=A^·S(U_обр +j₀)^-n  пФ,       

где A – постоянный  коэффициент для данного перехода; S – площадь перехода, мм² ; U_обр – обратное напряжение, В; 1/2 ³ n ³ 1/3, j₀»0,8 В.

Например, для сплавных переходов A=128, n=1/2:

                  

Варикапы широко применяются в радиотехнических устройствах для электронной (дистанционной) перестройки колебательных контуров в диапазонах в диапазонах радиоволн – коротковолновом (КВ), ультракоротковолновом (УКВ) и дециметровом (ДЦВ). По сути варикап это полупроводниковый управляемый напряжением конденсатор. Он заменяет в радиоустройствах конденсаторы переменной емкости довольно внушительных габаритов. Особенно эффективно применение варикапов в микроэлектронных радиоустройствах.

Параметры варикапов.

C_н – номинальная емкость, измеренная между выводами при небольшом обратном напряжении U_обр =2¸5 В. Для большинства варикапов C_н @ 10¸500 пФ.

K_c – коэффициент перекрытия по емкости, равный отношению C_{бар max} / C_{бар min} » 5¸20.

C_{бар max} = C_бар (U_{обр min}), C_{бар min} = C_бар (U_{обр max}).

Q – добротность, определяемая отношением реактивного сопротивления варикапа X_c к полному сопротивлению потерь r_s при заданном обратном напряжении на заданной частоте

Q = X_c/r_s » 20¸500.

На высокой частоте X_c=1/w ·C_бар и Q_в =1/ r_s ·w ·C_бар

 

 

 

 

 

Диоды Шоттки

 

В последнее время  достаточно широко в электронных  приборах, особенно в микросхемах, используется барьер Шоттки, являющийся основой  диода Шоттки (ДШ). Барьер Шоттки образуется в переходе металл – полупроводник. Возможны металло-дырочный или металло-электронный переходы. По свойствам ДШ аналогичен рассмотренным ранее диодам с электронно-дырочным переходом, но отличается от них параметрами. Переход металл – полупроводник часто называют «контакт металл – полупроводник».

Для изготовления ДШ в  качестве основы используют низкоомный кремний n-типа (n⁺) с тонким слоем (плёнкой) высокоомного кремния того же типа (n). На поверхность высокоомной плёнки кремния (n-Si) наносят металлический электрод из золота методом напыления в вакууме. На границе плёнки золота и высокоомной плёнки n-Si образуется выпрямляющий контакт (переход).

 

 

                                                                 Au

                                         A                            Переход h_os                     

                                                                     высокоомная                                                    

                                    n                                 пленка Si-n       

                                    n⁺

                                                                     основание Si-n⁺

 

 

Рис.7.

 

 

Прямое напряжение на ДШ меньше на 0,2-0,3 В, чем на кремниевом p-n переходе. Прямое напряжение не превышает 0,4 В. Это важное свойство ДШ позволяет существенно повысить быстродействие ключевых элементов в цифровой импульсной технике применением «ключей Шоттки».

Кроме сверхскоростных  и сверхвысокочастотных диодов на базе барьера Шоттки можно создавать  и мощные высокочастотные выпрямительные ДШ. Созданы ДШ, работающие на частоте 1 МГц при U_обр≥50 В и I_пр≥10 А.

ВАХ:

                                                                                                         U_a             

Рис.8.

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1)Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны,                   тиристоры: Справочник/А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев, В.В. Мокряков и др.; Под ред.А.В. Голомедова. - М.: Радио и связь, 1988.

-528с.: ил.

2)Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, диоды импульсные, оптоэлектронные приборы: Справочник/А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев, В.В. Мокряков и др.; Под ред.А.В. Голомедова. - М.: Радио и связь, 1988.-592 с.: ил.

3)Основы микроэлектроники: Учеб. Пособие для вузов /И.П. Степаненко.- 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003.- 488 с.:ил.

4)Физические основы микроэлектроники. Курс лекций / И.И. Бобров, Г.В. Кропачев; Пермский государственный технический университет. Пермь, 2000. 130 c.