1. Порядок расчетов сплавного выпрямительного диода

Расчет сплавного выпрямительного диода. Задано: геометрия кристалла – параллелепипед с квадратным основанием и толщиной базовой области W_Б; прямое падение напряжения U_пр; максимальное обратное напряжение U_обр.max прямой допустимый ток I_пр.доп диапазон температур окружающей среды.

Определить или выбрать: исходный полупроводниковый материал; концентрацию примесей в p- и n-областях N_а и N_d; равновесную концентрацию основных р_р0, n_n0 и неосновных n_po, p_n0 носителей заряда; удельное сопротивление областей ; марку полупроводникового материала и другие электрофизические параметры ρ- и n- областей; геометрические размеры кристалла – площадь основания S, ширину ОПЗ p-n перехода при U = U_обр.max; прямую и обратную ВАХ; конструкцию корпуса диода.

Порядок расчета.

1. Определить вид полупроводникового материала. По заданному диапазону температур выбираем материал.

2. Концентрацию примеси в слаболегированной базовой области диода определяем по напряжению пробоя, которое для обеспечения надежной работы прибора должно в 1,5 – 2 раза превышать U_обр.max. Так как сплавные p-n переходы резкие, то по графику (рис. 1.4) находим N_Б. (N_d).

Сплавные переходы на кремнии обычно получают вплавлением алюминия как акцепторной примеси. Поэтому базовая область и соответственно исходная пластина кремния должны иметь электропроводность n-типа. Зная концентрацию донорной примеси в ней N_Б = N_Д по графику (рис. 1.5) определяем удельное сопротивление базы, выбраем марку кремния с удельным сопротивлением и диффузионной длиной неосновных носителей L_p.

Концентрация примеси в p⁺-области N_a определяется по кривой предельной растворимости алюминия в кремнии (рис. 1.7.)

Рисунок 1.7 – Кривые растворимости

и по величине N_a определяем удельное сопротивление p⁺-области

Диффузионная длина электронов

Подвижность электронов и дырок определяем по известной концентрации примесей N_Д и N_a

3. Площадь кристалла определяем исходя из двух основных величин: допустимой плотности тока J_доп и максимально допустимой емкости. Так как емкость не задана, то учитываем только допустимую плотность тока I_пр.доп=Аj_доп. отсюда

А=I_пр.доп/i_доп

4. Ширину ОПЗ резкого p⁺-n перехода определяем для U = U_обр.max. Так как контактная разность потенциалов φ_к << U_обр.max , то для расчета можно значением φ_к пренебречь:

1. Вольт-амперная характеристика диода имеет вид

где плотность тока насыщения

.

Так как n_p0<<p_n0, то электронной составляющей плотности тока насыщения можно пренебречь и тогда

В реальных кремниевых диодах следует учесть составляющую обратного тока, обусловленную генерацией носителей в ОПЗ.

где Xd находим для U_обр.max.

Если I_G >> I_S (что имеет место в кремниевых диодах), то обратный ток зависит от напряжения по тому же закону, что и ширина ОПЗ.

Прямая ветвь ВАХ определяется зависимостью

Конструкцию диода выбираем на основании значения теплового сопротивления

Максимальная температура p-n перехода кремниевых приборов . Максимальная температура окружающей среды задана. Мощность, выделяемая в p-n переходе

По тепловому сопротивлению выбираем корпус диода.

Таблица 1.1. Параметры корпусов полупроводниковых диодов.

Тип корпуса	Конструкция корпуса	С, пф	L, нГн	RT, К/вт
1-1а 1-1б 1-1в	Стеклянная	0,1 0,25 0,24	1 0,5 28	900 500 150
1-2а 1-2б 1-2в	Металлостеклянная	0,3 0,4 0,15	0,6 1,0 0,3	230 600 850
1-3а 1-3б 1-3в	Металлическая с проходным изолятором	0,3 0,5 0,5	0,7 0,5 0,5	65 165 38
1-4а 1-4б 1-4в	Металлическая с винтом для монтажа на радиатор	1 1 0,5	0,3 0,3 0,3	6,5 3 3,3