Частотные свойства p-n-перехода.

Вольт- амперная характеристика P-N- перехода имеет не линейный характер, т.к. сопротивление перехода изменяется в зависимости от значения и полярности приложенного напряжения. С увеличением прямого напряжения сопротивление P-N- перехода уменьшается и возрастает с увеличением обратного напряжения, т.е. не соблюдается прямолинейная зависимость между напряжением и током. Нелинейные свойства перехода используются в целом ряде полупроводниковых приборов.

Электронно- дырочный переход можно представить в виде конденсатора, т.к. основные носители зарядов обоих знаков сконцентрированы по обе стороны от перехода. Емкость конденсатора пропорциональна площади P-N- перехода, концентрации основных носителей и диэлектрической проницаемости полупроводникового материала, а так же зависит от значения и знака приложенного напряжения: при малых значениях U_обр и U_пр носители зарядов находятся на небольшом расстоянии друг от друга и емкость P-N- перехода значительна; когда обратное напряжение увеличивается, электроны и дырки расходятся на большое расстояние от P-N - перехода и емкость уменьшается. Следовательно, P-N- переход можно использовать как емкость, управляемую в основном обратным напряжением. Полупроводниковые приборы, емкость которых изменяется при изменении обратного напряжения на P-N- переходе, называют варикапами. При работе на высоких частотах емкостное внутреннее сопротивление Х_с.вн.= уменьшается и шунтирует запирающий слой, поэтому, не смотря на большое сопротивление запирающего слоя, через эту емкость проходит ток как при U_пр, так и при U_обр, в результате чего P-N- переход теряет свойство односторонней проводимости. Чтобы избежать таких явлений, изготавливают приборы с малой площадью P-N- перехода, обладающего малой собственной емкостью.

Устройство полупроводниковых диодов.

Наибольшее применение получили полупроводниковые германиевые и кремниевые диоды, отличающиеся друг от друга конструктивным оформлением и размерами в зависимости от типа полупроводникового материала, номинального тока и напряжения. По конструктивному выполнению эти диоды бывают плоскостными и точечными. Плоскостные диоды изготавливают на токи до нескольких ампер, точечные- до нескольких миллиампер.

Точечные диоды.

Эти диоды изготавливают из полупроводника с электронной проводимостью в виде тонкой пластинки 7, которую покрывают снизу тонким слоем металла и припаивают к металлическому основанию. Сверху в пластинку 7 упирается контактная пружина 5 из вольфрамовой проволоки, заостренный конец которой покрыт слоем индия или алюминия. Этот слой является акцепторной примесью и обеспечивает создание около заостренного конца полупроводника области 4 с дырочной проводимостью. Между P- и N- полупроводниками образуется электронно- дырочный переход 6 толщиной 10-12 Рис11. Точечный диод. мкм. Влажность и загрязнение снижают вентильные свойства P-N- перехода, поэтому диоды монтируются в стеклянном или металлическом герметическом корпусе 1, на концах которого установлены коваровые трубки 2 с выводами 3. Кроме того, корпус защищает полупроводниковый элемент от механических повреждений и обеспечивает нормальную работу вентиля в условиях вибрации, тряски и ударов. После сборки диоды подвергают электрической формовке. При пропускании импульсов тока значительной силы происходит частичное расплавление и диффузия атомов индия или алюминия в основной полупроводник. Благодаря малой площади P-N- перехода точечные диоды имеют незначительную емкость и поэтому применяются в высокочастотных устройствах автоматики.

Плоскостные диоды.

Рис.12. Плоскостной диод.

Эти диоды изготавливают в виде пластинки 7 с электронной проводимостью, укрепленной на металлическом держателе 8, представляющим собой нижний контакт P-N- перехода. В пластинках 7 из германия или кремния методом сплавления или диффузии создается плоский по форме электронно- дырочный переход 9. В германиевых диодах, изготавливаемых сплавным методом, для получения электронно- дырочного перехода 9 в пластинку германия с электронной проводимостью добавляют каплю расплавленного индия, а затем нагревают. При нагревании плавящийся индий диффундирует в основной полупроводник, образуя в нем слой 10 с дырочной проводимостью. Верхний контакт представляет собой массивную деталь 6, способную пропускать значительные токи большего по площади перехода. Германиевая пластинка 7 с P-N- переходом помещается в металлический корпус 5, герметизированный сверху стеклянным изолятором 4 с трубкой 3, в который помещены внутренний вывод 2 и наружный вывод 1. В плоскостных кремниевых диодах в пластинку из кремния с электронной проводимостью вместо индия вплавляют алюминиевый столбик, который создает область с дырочной проводимостью.