Вопрос 8: Полупроводниковые диоды, виды, типы диодов. Туннельные и обращенные диоды. Вари­капы.

Начало в вопросе 6 и 7 (одинаково, характеристика)

Т уннельные диоды:

1

– туннельный диод. I₁

2

I₂

U₁ U₂

ВАХ имеет участок отрицательного сопротивления (между 1 и 2).

0 – 1 – ток определяется дрейфом носителей.

1 – 2 – характеризуется туннельным током.

2 – 3 – характеризуется диффузионным током.

Для получения туннельного эффекта, берутся материалы с высокой концентрацией при­меси.

Основные параметры:

Максимальный ток, минимальный ток, минимальное напряжение, максимальное напря­жение, максимальный прямой ток, обратное напряжение, емкость диода.

Разновидность: обращенный диод.

Для выпрямления малого напряжения.

Диоды Ганна (явление генерации высокочастотных колебаний):

Частота определяется параметрами самого диода, а не внешней цепи, есть участок отрица­тельного сопротивления.

Варикапы – диоды:

Варикапы – это полупроводниковый прибор, предназначенный для исполь­зования в качестве управления электрического напряжения емкости.

– +

Работают при обратном напряжении.

C (U) = C (0) [U_k / (U_k + U)] ^1/n

C (0) – при нулевом напряжении

U_k – контактная разность потенциалов

U – обратное напряжение

n = 2 – для резких переходов

n = 3 – для плавных переходов

По ГОСТу, обозначение из 6 (7) элементов:

1. материал: Г – германиевой, К – кремневый

2. подкласс диода Д – …….. В – диоды Варикапы С – стабилитроны

3. назначение

4. 5. 6. 7. номер разработки

К Д 2 1 5 А КД 3 0 0 1 А

ср. мощн. номер параметры

Вопрос 9: Физические процессы в биполярных транзисторах. Основные конструкции и типы. Ко­эффициенты инжекции и переносы.

Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор с двумя или несколькими p-n пере­ходами, позволяющий усилить электрические сигналы и имеющие три или более выходов.

В зависимости от принципа действия и конструкции, они разделяются на:

• Биполярные транзисторы

• Униполярные (полевые или канальные) транзисторы

Биполярный транзистор – транзистор, усилительные свойства которых обусловлены явле­ниями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.

Экстракция – перенос заряда под влиянием самого поля перехода.

В зависимости от типа электропроводности:

• p-n-p

• n-p-n

Транзисторы, у которых p-n переход создается у поверхности соприкосновения полупро­водниковых слоев, называются полуплоскостными.

Физические процессы в транзисторах

p n p

I_э э к I_к

n p n

б I_б (нулевой)

I_э э к I_к

б I_б (нулевой)

При подключении напряжения к отдельным слоям биполярного транзистора, оказывается, что к одному переходу приложено прямое напряжение, а к другому переходу – обратное напряжение. Тот переход, к которому приложено прямое напряжение, называется эмит­терным переходом, тот переход, к которому приложено обратное напряжение – коллек­торным переходом.

Типовые конструкции биполярного транзистора:

• сплавные

• эпитуксиально – диффузионные

• планарные

• мезотранзисторы

Концентрация примесей в базе в зависимости от технологии изготовления может быть расположена равномерно или неравномерно.

При равномерном распределении внутреннего электрического поля нет, и неосновные но­сители заряда, попавшие в базу, движется в ней вследствие диффузии. Такие транзисторы называются дрейфовыми.

А при неравномерном распределении имеется внутреннее электрическое поле, и неоснов­ные носители движутся в результате дрейфа и диффузии. Такие транзисторы называются дрейфовыми.

Инжек- ция коллектор экстракция

p + + n + + + p

+ + + + + + +

+ + +

Т.к. потенциальный барьер эмиттера снижен, дырки из р – области диффундируют в об­ласть с базой через p-n переход, а электроны из области базы в область эмиттера. Дыроч­ный поток преобладает над электронным. Чтобы оценить полный ток, используется коэф­фициент γ.

Дырки, инжектируемые в базу , создают вблизи p-n перехода электронный заряд, но он через 3 – 5 τ компенсируется электронами, приходящие от источника U_эб (эмиттер – база). Приход электрона в базу из внешней цепи создает в базе ток I_б, который направлен из базы. Инжектируемые заряды движутся внутрь базы по направлению коллектора. Если бы база была широкой, то они бы рекомбинировались, их концентрация была бы равновес­ной, а через коллекторный переход протекал бы обратный ток. Но реально ширина базы во много раз меньше диффузионной длины L. Поэтому время жизни неосновных носите­лей во много раз больше. Дырки с электронами не успевают рекомбинировать и попадают в ускоряющее поле p-n перехода и втягиваются в переход. Это экстракция. А электроны уходят через базовый выход и создают I’’_б. Ток через базовый выход определяют два вто­ричных направленных токов. Если бы в базе не было совсем процессов рекомбинации, ре­зультирующий ток был бы равен 0. Но в реальных транзисторах рекомбинация есть, и ток эмиттерного перехода больше тока коллекторного перехода. Относительное число неосновных носителей заряда, достигающих коллекторного пере­хода, определяется коэффициентов переноса «каппа»:

Т.о., дырки в базе являются несновными носителями заряда и свободно проходят через запертый коллекторный p – n – переход в область коллектора. Однако только часть γ эмиттера составляет дырки, и только часть дырок доходит до коллектора. Это основной параметр α – коэффициент передачи эмиттерного тока, т.е. через p-n пере­ход протекает α * I_э. Еще через p-n переход, смещенный в обратном направлении, течет обратный I_{к. б.} (коллектор – база).

Изменение U_эб вызовет изменения количество инжектора в базу неосновных носителей заряда и соответствующее изменение тока эмиттера и коллектора. Вывод: для изменения по определенному закону тока коллектора, необходимо в эмитте­ром переходе приложить напряжение, изменившее по этому закону ток эмиттера.