2.3 Стабілітрони і стабістори

Стабілітроном називається напівпровідниковий діод, на зворотній гілці ВАХ якого є ділянку з сильною залежністю струму від напруги (рисунок 2.2), тобто з великим значенням крутизни I/U (I= Icт _max - Iст _min). Якщо така ділянка відповідає прямій гілці ВАХ, то прилад називається стабістором.

Стабілітрони використовуються для створення стабілізаторів напруги.

Напруга стабілізації Uст рівна напрузі електричного (лавинного) пробою p-n переходу при деякому заданому струмі стабілізації Iст (рисунок ). Стабілізуючі властивості характеризуються диференціальним опором стабілітрона rд = U/I, яке повинне бути можливо менше.

До

До параметрів стабілітрона відносяться: напруга стабілізації Ucт, мінімальний і максимальний струми стабілізації Iст _min Iст _max.

Промисловістю випускаються стабілітрони з параметрами: Ucт від 1,5 до 180 В, струми стабілізації від 0,5 мА до 1,4 А.

Випускаються також двоханодні стабілітрони, що служать для стабілізації різнополярних напруг і є стрічно включеними p-n переходами.

Рисунок 2.2 До визначення параметрів стабілітронів.

2.4 Універсальні і імпульсні діоди

Вони застосовуються для перетворення високочастотних і імпульсних сигналів. У даних діодах необхідно забезпечити мінімальні значення реактивних параметрів, що досягається завдяки спеціальним конструктивно-технологічним заходам.

Одна з основних причин інерційності напівпровідникових діодів пов'язана з дифузійною місткістю. Для зменшення часу життя  використовується легування матеріалу (наприклад, золотом), що створює багато ловушечных рівнів в забороненій зоні, що збільшують швидкість рекомбінації і отже зменшується Сдіф.

Різновидом універсальних діодів є діод з короткою базою. У такому діоді протяжність бази менше дифузійної довжини неосновних носіїв. Отже, дифузійна ємність визначатиметься не часом життя неосновних носіїв в базі, а фактичним меншим часом знаходження (часом прольоту). Проте здійснити зменшення товщини бази при великій площі p-n переходу технологічно дуже складно. Діоди, що тому виготовляються, з короткою базою при малій площі є малопотужними.

В даний час широко застосовуються діоди з p-i-n-структурою, в якій дві сильнолегированные області p- і n-типу розділені достатньо широкою областю з провідністю, близькою до власної (i-область). Заряди донорних і акцепторних іонів розташовані поблизу меж i-області. Розподіл електричного поля в ній в ідеальному випадку можна вважати однорідним (на відміну від звичайного p-n переходу). Таким чином, i-область з низькою концентрацією носіїв заряду, але діелектричною проникністю, що володіє, можна прийняти за конденсатор, «обкладаннями» якого є вузькі (із-за великої концентрації носіїв в p- і n-областях) шари зарядів донорів і акцепторів. Бар'єрна ємність p-i-n діода визначається розмірами i-шару і при достатньо широкій області від прикладеної постійної напруги практично не залежить.

Особливість роботи p-i-n діода полягає в тому, що при прямій напрузі одночасно відбувається інжекція дірок з p-області і електронів з n-області в i-область. При цьому його прямий опір різко падає. При зворотній напрузі відбувається екстракція носіїв з i-області в сусідні області. Зменшення концентрації приводить до додаткового зростання опору i області в порівнянні з рівноважним станом. Тому для p-i-n діода характерний дуже велике відношення прямого і зворотного опорів, що при використанні їх в режимах, перемикачів.

Як високочастотні універсальні використовуються структури з Шотки і Мотта. У цих приладах процеси прямої провідності визначаються тільки основними носіями заряду. Таким чином, у даних діодів відсутня дифузійна ємність, пов'язана з накопиченням і розсмоктуванням носіїв заряду в базі, що і визначає їх хороші високочастотні властивості.

Відмінність бар'єру Мотта від бар'єру Шотки полягає в тому, що тонкий i-шар створений між металом М і сильно легованим напівпровідником n⁺, отже виходить структура М-i-n. У високоомному i-шарі падає вся прикладена до діода напруга, тому товщина збідненого шару в n⁺-области дуже мала і не залежить від напруги. І тому бар'єрна ємність практично не залежить від напруги і опору бази.

Найбільшу робочу частоту мають діоди з бар'єром Мотта і Шотки, які на відміну від p-n-переходу майже не накопичують неосновних

носіїв заряду в базі діода при проходженні прямого струму і тому мають малий час відновлення tВОСТ (близько 100 пс).

Різновидом імпульсних діодів є діоди з накопиченням заряду (ДНЗ) або діоди з різким відновленням зворотного струму (опори). Імпульс зворотного струму в цих діодах має майже прямокутну форму (рисунок 4.2). При цьому значення t₁ може бути значним, але t₂ повинно бути надзвичайно малим для використання ДНЗ в швидкодіючих імпульсних пристроях.

Отримання малої тривалості t₂ пов'язано із створенням внутрішнього поля в базі біля збідненого шару p-n-переходу шляхом нерівномірного розподілу домішки. Це поле є гальмуючим для носіїв, що прийшли через збіднений шар при прямій напрузі, і тому перешкоджає відходу инжектированных носіїв від межі збідненого шару, примушуючи їх компактнее концентруватися зи межі. При подачі на діод зворотної напруги (як і в звичайному діоді) відбувається розсмоктування накопиченого в базі заряду, але при цьому внутрішнє електричне поле вже сприятиме дрейфу неосновних носіїв до збідненого шару переходу. У момент t₁, коли концентрація надмірних носіїв на межах переходу спадає до нуля, надмірний заряд неосновних носіїв, що залишився, в базі стає дуже малим, а, отже, виявляється малим і час t₂ спади зворотного струму до значення I₀.

Рисунок 2.3 Тимчасові діаграми струму через імпульсний діод.