Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод (рис. 6) - это полупроводниковый прибор с p-n-переходом, имеющий два омических вывода.

Рис. 6. Полупроводниковый диод.

Вольт-амперная характеристика является графической зависимостью протекающего через p-n-переход тока от приложенного к нему внешнего напряжения .

Вольт-амперная характеристика диода показана на рис. 7.

Рис. 7. ВАХ полупроводникового диода.

На рис.7 сплошной линией характеристика идеального диода. Участок 2 – 1 называется прямой ветвью ВАХ. На этом участке диод открыт и через него течет ток, определяемый формулой

,

где – ток через диод; – напряжение, приложенное к диоду; – обратный тепловой ток; – температурный потенциал, при комнатной температуре примерно равный 260 мВ (где k - универсальная Больцмана, Т - температура, е - заряд электрона).

За точкой 1 идеальная и реальная ВАХ отличаются. Этот участок ВАХ реального диода показан пунктирной линией и называется омическим участком.

Участок 2 – 3 называется обратной ветвью. На обратной ветви через диод течет обратный тепловой ток . Этот ток на порядки меньше тока, протекающего через диод на прямой ветви.

При некотором обратном напряжении обратный ток через диод резко возрастает – это явление называется пробоем. Пробой бывает электрический и тепловой. Участок 3 – 4 называется участком электрического пробоя. Электрический пробой наступает из-за того, что энергии электрического поля становится достаточно, чтобы разогнать свободные электроны до такой скорости, когда они могут разорвать связи, создаваемые валентными электронами. В результате возникает большое число пар «электрон-дырка», т.е. основных и не основных носителей. Ток электрического пробоя обусловлен не основными носителями. При этом появившиеся носители также ускорятся электрическим полем и разрывают новые валентные связи. Такой механизм возникновения электрического пробоя получил название лавинный пробой. После снятия обратного напряжения валентные связи восстанавливаются.

Если не ограничивать обратный ток, то электрический пробой переходит в тепловой – участок на ВАХ за точкой 4. Тепловой пробой необратим – он приводит к разрушению p-n-перехода.

Параметры диода

К основным параметрам диода относятся следующие:

1) Сопротивление диода, определяемое как отношение напряжения к току . Из ВАХ диода видно, что сопротивление на прямой ветви уменьшается, а на омическом участке становится постоянным. На обратной ветви сопротивление диода намного больше, чем на прямой ветви.

2) Сопротивление базы – сопротивление диода при большом прямом напряжении.

3) Барьерная емкость – емкость закрытого p-n - перехода.

4) Диффузионная емкость. Когда диод открыт, то основные носители переходят через p-n-переход и становятся не основными. Если диод закрыть, то через него в обратном направлении будут течь не основные носители. Этот разряд эквивалентен разряду емкости, которую называют диффузионной.

5) Дифференциальное сопротивление – отношение приращения напряжения к приращению тока: .

В настоящее время полупроводниковые диоды различают по назначению, по используемым материалам, конструктивному исполнению, типам p-n-переходов и др. признакам.

По используемым материалам: кремниевые, германиевые с примесями трех- и пятивалентных элементов.

По конструктивному исполнению: плоскостные, точечные.

По назначению: выпрямительные, высокочастотные и импульсные диоды (диоды Шотки: металл-полупроводник с малым временем переключения), стабилитроны, туннельные диоды, варикапы, диодные выпрямительные мосты, светодиоды, фотодиоды.