Лекция Полупроводниковые диоды План

1. Система условных обозначений и классификация полупроводниковых приборов стран СНГ

2. Условные обозначения и классификация зарубежных полупроводниковых приборов.

3. Полупроводниковые диоды

1. Общие сведения и классификация диодов

3.2 Конструктивно-технологические особенности диодов

3.3 Выпрямительные низкочастотные диоды

3.4 Выпрямительные высокочастотные диоды

3.5 Импульсные диоды

3.6 Стабилитроны

3.7 Варикапы

3.1 Общие сведения о диодах

Диод – это п/п прибор, который содержит один или несколько выпрямляющих электрических перехода и два вывода для подключения к внешней цепи.

В качестве выпрямляющего может использоваться электронно-дырочный переход, контакт металл – п/п, гетеропереход. Но присутствуют диоды не содержащие выпрямительного перехода (диод Ганна), либо несколько (р-i-n-диод, динистор), с более сложной структурой – МДМ, МДП – диоды и др.

П/п диод – это нелинейный двухполюсник. Выполняет функцию преобразования сигналов : выпрямление, детектирование, умножение частоты, преобразование электрической энергии в световую и др.

Классифицируют п/п диоды по различным признакам:

по виду перехода – точечный и плоскостной;

физическим процессам в переходе (туннельный, лавинно-пролетный и др.);

по характеру преобразования энергии сигнала (светодиод, фотодиод и др.);

по методу изготовления электронного перехода (сплавные, диффузионные, эпитаксиальные и др.).

В справочниках:

по применению в РЭА или назначению, где отображается принцип использования свойств перехода (выпрямительные, импульсные диоды, преобразовательные, переключательные, варикапы, стабилитроны и тд.);

диапазон рабочих частот (НЧ, ВЧ, СВЧ, диоды оптического диапазона и т.п.);

исходный материал для изготовления диодной структуры (кремниевые, селеновые, германиевые, арсенид-галиевые и др.).

3.2 Конструктивно – технологические особенности электрических переходов диодов.

1 . У точечных диодов p-n переход образован контактом заострённой металлической иглы (сплав WcMo) с п/п Si, Ge, AsGa. Слой р – в результате термодифузии акцепторов (In, Al) в n-Ge с конца металл. Иглы при пропускании импульсов тока. Линейные размеры перехода соизмеримы с размерами обеднённой области. S_конт50мкм², С_пер мала, I_прдесятки мА.

В области р - сосредоточены дефекты кристал. структуры, а сильное эл. поле вызывает большие I_ут и I_ген

2 . Сплавной диод - образуется вплавлением в п/п n-типа сплава с акцепторной примесью (InGe, AlSi) т.к. _n>_p~в 2,5 раз, то уменьшив N_д в 2,5 раза по сравнению с Na (при одинаковых r_б) можно U_проб.

При Т=600-700С в Si вплавляется Al проволока, в месте сплава формируется слой Si р-типа.

Переход резкий или ступенчатый.

Пропускает токи до десятков ампер.

Большая площадь перехода, поэтому имеются большие ёмкости.

3. Микросплавной переход – имеет площадь несколько большую чем точечный. Формируется методом микровплавления в Ge тонкой золотой проволоки с присадкой Ga на конце. Под контактом образуется декристализованный слой Ge р-типа.

4. Диффузионные диоды изготавливаются методом общей или локальной диффузии доноров и акцепторов. В пластину n-Si проводят диффузию 1) В – р; 2) В – р⁺; 3) В – n⁺. Контакты химическое осаждение Ni и гальваническое осаждение Au. В р-Ge проводят диффузию Sb (диоды лучше диффузируют в Ge). Контакт из оловянного припоя с присадкой Sb(сурьмы).

5. Мезаструктура – используется для уменьшения ёмкости p-n перехода в ВЧ диодах. Получается глубоким химическим травлением.

1. n-Si легируют донорами и получают общий n⁺ слой;

2. п осле второй общей диффузии получают р-слой;

3. образуют контакт;

4. через маску производят травление незащищённого участка

5. Участки возвышаются на поверхности в виде стола (меза-истока)

6. Диаметр p-n перехода несколько десятков мкм.

К онцентрация диффузанта у этих переходов с глубиной падает – появляется тормозящее электрическое поле.

6. Эпитаксиальные переход – на n-Si наращивается эпитаксиальный n⁺ слой; затем через маску из SiO₂ проводят локальное легирование акцепторами и создают омические контакты, чаще из Al.

7. Планарные или планарно-эпитаксиальные диоды – выводы контактирующих областей расположены в одной плоскости. Переход создан в поверхностном слое п/п толщиной единицы-десятки мкм.

На подложку n⁺Si наносят эпитакс. n^-Si, затем проводят локальную диффузию легирования и получают р⁺ области, металлизируют выводы.

Всё чаще применяют полное легирование: концентрация примесей зависит от плотности тока и времени экспозиции; высокая контролируемость; низкая температура процесса; закон распределения примесей можно задавать.

8. Подложка n⁺Si, осаждают n-эпитакс. слой и ионной имплантацией создают р⁺ слой. Контакты – хим. осаждение Ti и Ni.

9 . Диоды с барьером Шотки – металл осаждается в вакууме на поверхность п/п (Si, AsGa) или при помощи ВЧ ионного распыления. Электрические свойства зависят от подобранной пары металл-п/п (Al, Au, Mo…)

Селеновые диоды – на основе гетероперехода p^-Se и селенида кадмия n-типа.

Титановые выпрямители – TiO₂-слой Ti n-типа с напылённой в вакууме металлической плёнкой (Au, Ag,Bi).