2.10. Полупроводниковые диоды

П олупроводниковым диодом называется электропреобразовательный прибор, содержащий один или несколько переходов и два вывода для подключения к внешней цепи. В диодах применяются электронно-дырочный переход, контакт металл-полупроводник, гетеропереход. Одна из областей p‑n‑структуры, называемая эмиттером, имеет большую концентрацию основных носителей заряда, чем другая, называемая базой.

На рис. 2.12 показано устройство планарно-эпитаксиального диода. Базу изготавливают путём наращивания на подложке 4 из низкоомного кремния тонкого слоя 3 высокоомного полупроводника, повторяющего структуры подложки. Этот слой, называемый эпитаксиальным, покрывают плотной защитной плёнкой 2 двуокиси кремния толщиной до 1 мкм. В пленке протравливается окно, через которое путем диффузии бора или алюминия создается p‑n‑переход 1, вывод которого на поверхность защищен пленкой окисла.

По типу p-n-перехода различают плоскостные и точечные диоды. Плоскостным считается p-n-переход, линейные размеры которого, определяющие его площадь, значительно больше его толщины, в противном случае диод относят к точечным.

В зависимости от области применения диоды делят на выпрямительные, стабилитроны, варикапы, импульсные, туннельные, фото-, излучательные и др. По типу исходного материала различают кремниевые, германиевые, селеновые, арсенид-галлиевые диоды и др.

По методу изготовления перехода: сплавные, диффузионные, эпитаксиальные, диоды Шотки и др.

Тип диодов определяется системой обозначения полупроводниковых приборов (ОСТ 11.336.038-77).

Свойства полупроводниковых диодов оценивают общими и специальными параметрами. Первые характеризуют любой полупроводниковый диод, вторые только отдельные типы диодов.

2.11. Общие параметры диодов

К общим параметрам диодов относят допустимую температуру перехода, допустимую мощность, рассеиваемую диодом, допустимые прямой ток и обратное напряжение.

Для исключения теплового пробоя температура p-n-перехода должна быть меньше допустимой температуры перехода .

Для германиевых диодов эта температура составляет , для кремниевых . При допустимой температуре перехода на диоде выделяется допустимая рассеиваемая мощность:

. (2.63)

Режим необходимо выбирать из условия . Прямой ток, при котором температура p-n-перехода достигает значения , называется допустимым прямым током . Допустимое обратное напряжение обычно .

Кроме перечисленных, общими для всех диодов считаются прямое и обратное сопротивления постоянному току:

, (2.64)

а также прямое и обратное дифференциальные сопротивления (сопротивления переменному току):

. (2.65)

Эти параметры определяются по вольт-амперной характеристике диода.

Пользуясь уравнением вольт-амперной характеристики, можем рассчитать дифференциальное сопротивление диода в заданной точке:

, или (2.66)

п ри Т=300 К; . (2.67)

Сопротивление постоянному току R₀ определяется отношением напряжения к току в заданной точке вольт-амперной характеристики.

Обычно R₀>R_диф. Пример расчёта R_диф и R₀ показан на рис. 2.13.

П ри анализе различных устройств, содержащих полупроводниковые приборы, можно использовать модель, состоящую из резисторов и конденсаторов.

Принципиальная схема этой модели носит название схемы замещения, или эквивалентной схемы.

На рис. 2.14 представлена схема замещения полупроводникового диода.

Здесь , – ёмкости перехода, ,  – сопротивления p-n-перехода и утечки, – сопротивление р- и n- областей и выводов.