РЕФЕРАТ НА ТЕМУ: Напівпровідникові діоди - Технічні науки - Реферати - Каталог статей

Напівпровідникові діоди Визначення та класифікація Напівпровідниковий діод - це електроперетворювальний напівпровід-никовий прилад, побудований на одному випрямному та двох невипрямних (омічних) контактах. Властивості, технічні характеристики і парамет-ри НД визначає випрямний електричний перехід. Для формування таких переходів, створюючи діоди, використовують p-n-переходи, гетеропереходи та контакти метал - напівпровідник. Таким чином, НД є двопорожнин-ним напівпровідниковим приладом з несиметричною ВАХ. Кристал напів-провідника з випрямним переходом монтується в металевому або коваро-вому корпусі НД, що забезпечує стабільні експлуатаційні характеристики і параметри діода під час дії зовнішніх дестабілізувальних факторів (нагрі-ванні, дії вологи, механічних навантаженнях тощо). Для з'єднання діодів та інших напівпровідникових приладів із зовнішніми електричними кола-ми їхні корпуси мають відповідну кількість виводів. Найпоширенішими є НД з р-п-переходом. Ділянці з низькою концентра-цією домішкових атомів властива зазвичай електронна провідність (провід-ність n-типу); її називають базою або катодом. Це - вивід діода, від якого струм тече в зовнішнє електричне коло. Товщина бази значно більша від товщини високолегованої ділянки з дірковою провідністю (провідністю p-типу), яка межує з базою; її називають емітером або анодом. Це - вивід діода, до якого струм тече із зовнішнього електричного кола. Для вмикання НД у пропускному напрямі на анод, так само як і у високовакуумних діодах, подається позитивна напруга. Електрод анода позначають на корпусі НД. Для створення якісного омічного контакту із слаболегованою n-базою її в місці контакту додатково легують донорами з концентрацією ~ 1019 см-3. Отже, реальні діоди мають структур p+ -п-n+. Такий технологічний при-йом широко використовують для підключення зовнішніх виводів в інших напівпровідникових приладах та інтегральних схемах. У випрямному електричному переході та прилеглих до нього ділянках відбуваються різні фізичні процеси, які можуть забезпечити: випрямлення за рахунок асиметрії ВАХ; нелінійне зростання струму зі збільшенням на-пруги; лавинне розмноження носіїв заряду крізь потенціальний бар'єр прямого електричного переходу як у разі запірного, так і (у відповідних умовах) пропускного напряму вмикання напруги; зміну бар'єрної ємності зі зміною напруги; накопичення і розосередження неосновних носіїв заря-ду в прилеглих до випрямного переходу зонах; зміну електропровідності під дією опромінювання; некогерентне оптичне випромінювання. Усі ці фізичні ефекти та явища, що визначають механізм роботи при-ладу, використовують для створення широкої номенклатури НД: випрям-них, змішувальних, детекторних, перемикальних, обернених, з різким відновленням зворотного опору, стабілітронів, стабісторів, шумових і тунельних, варикапів, діодів Шотткі. Деякі із цих ефектів є небажаними і навіть шкідливими в одних діодах, але в інших діодах ці самі ефекти служать основою принципу дії. Наведені функціональні групи є основним критерієм класифікації НД. Крім того, їх класифікують за матеріалами, використовуваними для виго-товлення електричних переходів, за конструктивно-технологічними осо-бливостями, за параметрами (струмом, напругою, потужністю, швидкоді-єю), за типом корпусу. За типом матеріалу НД поділяють на германієві, кремнієві та діоди з арсеніду галію (це не стосується фото- і світлодіодів). За конструктивно-технологічними особливостями НД класифікують за структурою і технологією формування електричних переходів (площинні, точкові, мікросплавні). Точкові та мікросплавні діоди використовують у пристроях, які пра-цюють у діапазоні надвисоких частот. їх виготовлення ґрунтується на операції епітаксії та імплантації домішок. Сплавну технологію викорис-товують обмежено. Особливості різних типів НД фіксують в умовних позначеннях та мар-куванні, в основу яких покладено літерно-цифровий код, що відображає інформацію про напівпровідниковий матеріал, підклас (або групу) прила-дів, призначення (параметр або принцип дії), порядковий номер розроб-ки, класифікацію за параметрами та додаткову інформацію. Вольт-амперна характеристика Для будь-якого електричного приладу важливою є залежність між струмом, що проходить через прилад, та прикладеною напругою. Знаючи цю залежність, можна визначити струм при заданій напрузі або, навпаки, напругу при заданому струму. Якщо опір приладу не залежить від струму чи напруги, то зв'язок між ними визначається законом Ома: І - U / R або / = G U. У цьому разі струм прямо пропорційний напрузі. Коефіцієнтом пропорційності є про-відність G = 1/R. Графічне зображення залежності між струмом і напругою I=f(U) -ВАХ. Прилади, принцип дії яких підкоряється закону Ома, а ВАХ є прямою лінією, що проходить через початок координат, називають лінійними. Напівпровідникові діоди є нелінійними приладами; в них опір зале-жить від напруги або струму, внаслідок чого їх ВАХ не є прямою лінією (рис. 2.2.1). Рис. 2.2.1. Вольт-амперна характеристика НД З теоретичного аналізу p-n-переходу випливає просте рівняння, яке точ-но описує ВАХ ідеалізованого НД як у разі прямого, так і зворотного зміщення. Якщо задати постійну пряму напругу UF, то у діоді проходитиме по-стійний прямий струм IF, а якщо задати постійну зворотну напругу UR - то зворотний струм IR. У виведенні експоненціальної залежності допущено деякі фізичні іде-алізації. Для реальних НД необхідно враховувати вплив опору базової зони rб. Відомо, що несиметричний перехід зосереджується у високоомному шарі, тобто в базі діода. З урахуванням rб точний вираз, що описує пряму гілку ВАХ діода, набирає вигляду I = I0{ ехр [(U-Irб)цт-1]}. Отже, ВАХ реального НД зміщується вправо відносно координатної сітки. Диференціальний опір у будь-якій точці прямої гілки ВАХ rд = dU/dI = цт /(I+ I0)+ rб. Оскільки тепловий потенціал цт малий, то вже за невеликого прямого струму виконується нерівність цт/(I + I0) « rб, і опір діода визначається лінійним опором бази rб. За цих умов експоненціальна залежність прямо-го струму переходить у лінійну. Такою є основна робоча ділянка характе-ристики. Прямий струм дорівнюватиме нулю доти, доки напруга не досягне відповідного значення, за якого струм почне швидко збільшуватися зі збільшенням Up- Напругу, при якій з'являється помітний струм, часто називають троговою напругою діода. Типові значення цієї напруги для германієвих приладів дорівнюють 0,2...0,3 В, для кремнієвих - 0,6...0,7 В. Початкова ділянка ВАХ вирізняється значною нелінійністю, оскільки зі збільшенням UF опір запірного шару зменшується, крутість ВАХ збіль-шується. Але, якщо напруги досягають десятих часток вольта, запірний шар практично зникає. У реальних діодах, як і в ЕДП з підвищенням зво-ротної напруги зворотний струм не залишається постійним і не дорівнює струму екстракції (насичення) І0, як випливає із співвідношення (3.1), а по-вільно зростає. Однією з причин цього зростання є термічна генерація носіїв заряду в переході. З підвищенням зворотної напруги внаслідок розширення переходу збільшується його об'єм, і тому зростає число генерованих в пе-реході носіїв заряду і термострум переходу /т. Ще однією складовою зрос-тання зворотного струму діода є поверхнева провідність ЕДП, що зумовлює поверхневий струм /п. Тоді повний зворотний струм реального НД IR = I0 + Iт + In. З порівняння ВАХ кремнієвого і германієвого діодів видно, що крем-нієві прилади мають істотно менше значення зворотного струму (у 106 разів) через нижчу концентрацію носіїв заряду. Це зумовлено біль-шою шириною забороненої зони. Параметри напівпровідникових діодів Напівпровідникові прилади оцінюють системою параметрів, які поді-ляють на граничні параметри, що визначають гранично допустимі зна-чення (максимально і мінімально допустимі значення), та характеристич-ні (робочі) параметри задовільна робота приладу, а гранично допустиме - значення, за ме-жами якого прилад може бути ушкодженим або виведеним з ладу. Характеричні значення параметрів - це значення електричної, тепло-вої, механічної або іншої величин, які характеризують певні властивості приладу. Використовуючи НД, не можна допускати занадто великих напруг або струмів, які могли б зіпсувати прилад. Макси-мально допустимими параметрами називають значення конкретних ре-жимів електронних приладів, які не повинні бути перевищені за будь-яких умов експлуатації та за яких забезпечується задана надійність. Зазвичай значення цих параметрів, взяті з паспортних даних конкрет-ного типу приладів, мають перевищувати максимальне значення відпо-відних параметрів в електричній схемі, в якій передбачено використан-ня приладу. Для будь-якого елемента електричної схеми небажаним є його нагрі-вання, зумовлене потужністю розсіювання приладу. Розрізняють пряму потужність розсіювання діода PF (значення потужності, що розсіюється діодом під час проходження прямого струму) та зворотну потужність розсіювання PR (значення потужності, що розсіюється діодом під час проходження зворотного струму). За цим параметром визначають зону безпечної роботи приладу, у будь-якій точці якої повинно виконуватися співвідношення IU = Р < Рmax. Здатність діодів розсіювати потужність оцінюють за допомогою теплового опору. Аналізуючи електричні схеми з НД, використовують диференціальні параметри. Такими параметрами електронних приладів є величини, які зв'язують малі зміни струму з малими змінами незалежних змінних. Струм у діоді фактично є функцією двох незалежних змінних - електрич-ної напруги U і температури Т: I=f(U;T). Диференціальний опір діода г визначають відношенням малого при-росту напруги діода до малого приросту струму в ньому у заданому режимі. Розглянуті параметри можна визначити за ВАХ діода (рис. 3.1). За-уважимо, що диференціальні параметри характеризують прилад тільки в заданій точці, а зі зміною режиму їхні значення істотно змінюються. У цій же точці визначають опір діода постійному струму R_=UA/IA. Максимально допустиме із схемотехнічних міркувань збільшення зво-ротного струму діода визначається максимально допустимою температу-рою НД (80... 100 0С - для германієвих приладів і 150...200 0С - для крем-нієвих приладів). Мінімальна допустима температура діода визначається теоретично енергією іонізації акцепторних та донорних домішок і досягає мінус 200 0С. Практично з міркувань кліматичної стійкості її встановлюють від мі-нус 60 до мінус 70 0С.
1 2 3 4 5 Категория: Технічні науки \| Добавил: DoceNt (22.12.2014)
Просмотров: 503 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0


Имя *:
Email *:

Код *: