5. (1.2) Полупроводниковые диоды. Переходные процессы в диодах. Разновидности диодов.

1. Выпрямительные диоды

В выпрямительных диодах используется свойство односторонней проводимости p-n-перехода. Эти диоды предназначены для преобразования зна­ко­переменного тока в знакопостоянный. Условное графическое обозначение выпрямительного диода показано на рис.1.8,а (клин указывает направление наибольшей проводимости).

Вольт-амперная характеристика реального диода несколько отличается от характеристики идеального p-n-перехода. На прямой ветви ВАХ выше точки 1 (см. рис. 1.7) отличие от экспоненты вызвано влиянием омического сопротивления областей полупроводника. В реальных полупроводниковых приборах чаще всего используются несимметричные p-n-переходы, у которых одна из областей, называемая эмиттером, имеет гораздо большую концентрацию примеси (меньшее сопротивление), чем другая, называемая базой (сопротивление базы у различных диодов составляет величину 1…30 Ом). Поэтому выше точки 1 форма ВАХ определяется суммарным сопротивлением p-n-перехода и базы. У реального диода обратный ток на участке ВАХ левее точки 0 (до точки электрического пробоя) состоит из суммы дрейфового тока и тока термогенерации пар электрон-дырка в самом p-n-переходе. Ток тер­мо­ге­нерации, в отличие от , зависит от приложенного обратного напряжения. У кремниевых диодов ток термогенерации на несколько порядков больше тока , тогда как у германиевых диодов эти токи одного порядка, однако суммарный ток кремниевых диодов значительно меньше суммарного обратного тока германиевых диодов. Рабочим участком ВАХ выпрямитель­ных диодов является участок правее точки .

Выпрямительные свойства диода характеризуются отношением обратного сопротивления к прямому . Чем это отношение больше, тем эффективнее выпрямительный диод выполняет свои функции. Однако при работе выпрямительного диода на высоких частотах или при быстрых переключениях кроме активных сопротивлений и необходимо учитывать также его ёмкостные сопротивления, которые могут значительно ухудшить выпрямительные свойства диода. Умень­шение сопротивления обратносмещенного p-n-перехода на высоких частотах объясняется наличием у него барьерной и диффузионной ёмкостей. Подобно плоскому конденсатору электронно-дырочный переход представляет собой систему из двух проводящих плоскостей (ионизированных атомов примесей), заряды которых равны, противоположны по знаку и разделены средой, близкой по своим свойствам к диэлектрику, причем при изменении приложенного напряжения изменяется и пространственный заряд. Это свойство p-n-перехода характеризуется барьерной ёмкостью . У высокочастотных и импульсных диодов барьерная ёмкость меньше 1 пФ, что достигается, прежде всего, за счет уменьшения площади p-n-перехода и увеличения его ширины. Диффузионная ёмкость характеризует процесс накопления неосновных носителей заряда в базе (как наиболее высокоомном слое) при протекании через переход прямого тока. При быстрых переключениях неосновные носители заряда, не успев рекомбинировать в базе, создают большой обратный ток, что аналогично действию конденсатора. Значение диффузионной ёмкости зависит от величины прямого тока (рис. 1.8,б) и сопротивления базы: чем меньше сопротивление базы, т.е. больше концентрация примеси, тем меньше время жизни электронов и меньше . В связи с этим минимальной диффузионной ёмкостью обладает переход полупроводник-металл (диод Шоттки), поскольку время жизни электрона в металле минимально. Диоды Шоттки имеют примерно такую же ВАХ, как и другие выпрямительные диоды, но у них , что в некоторых случаях оказывается важным.

Кроме выпрямительные диоды, как и другие полупроводниковые приборы, характеризуются электрическими параметрами номинального и предельного режимов работы.