Полупроводниковые диоды

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним р—n-переходом и двумя выводами. Конструктивно такой диод представляет собой кристалл полупроводника, в котором одним из технологических приемов выполнен p—n-переход. Часть поверхностей двух различных областей кристалла, образующих переход, покрывают металлической пленкой, к которой приваривают или припаивают внешние выводы.

Одним из основных классификационных признаков диодов является их назначение. По этому признаку различают основные группы диодов: 1) выпрямительные; 2) детекторные, преобразовательные, переключающие; 3) стабилитроны; 4) варикапы, 5) светодиоды, 6) фотодиоды.

Для выпрямительных (в том числе силовых) диодов основными являются их статические параметры, характеризующие вентильные свойства: сопротивления в прямом и обратном направлениях, а также допустимое обратное напряжение (Рис. 1.1.).

Рис. 1.1. Вольтамперные характеристики диода

Диоды второй группы, детекторные - высокочастотные. Здесь широко применяют различные типы точечных диодов или плоскостные диоды с p—n-переходом очень малой площади.

Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, использующие участок ВАХ со слабой зависимостью напряжения от тока (рис. 1.2.). Основными параметрами стабилитрона являются номинальное значение напряжения стабилизации Uст, минимально и максимально допустимые значения тока стабилизации Imin, Imax и стабильность номинального напряжения ΔUст.

Варикапы—приборы с электрически управляемой емкостью, основными их параметрами являются Сном, Cmax, Cmin, а также величина электрических потерь.

Рис. 1.2. Вольтамперные характеристики стабилитрона

Транзисторы Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор - полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p—n-переходами и тремя или более выводами. Он представляет собой полупроводниковый кристалл, в котором две крайние области с однотипной электропроводностью разделены областью противоположной электропроводности. В зависимости от электропроводности этих трех областей различают транзисторы n—р—n- и p—n—p-типа (рис. 1.3.а). Термин «биполярный» подчеркивает, что в работе таких транзисторов играют роль оба типа носителей зарядов — электроны и дырки. В настоящее время более распространены n—р—n-транзисторы, которые и будем рассматривать ниже.

Рис. 1.3. Биполярный транзистор

Полевые транзисторы

Биполярные транзисторы управляются током, вследствие чего они имеют малое входное сопротивление, что в ряде случаев является недостатком, накладывает существенные ограничения на схемотехнические решения. Поэтому были разработаны специальные транзисторы с большим входным сопротивлением — полевые транзисторы.

Термин «полевой» подчеркивает, что управление выходным током в этом полупроводниковом приборе осуществляется электрическим полем. Для того чтобы управлять током в полупроводнике с помощью электрического поля, нужно менять либо площадь проводящего полупроводникового слоя, либо его удельную проводимость.

Рис. 1.4. -Структура полевого транзистора с управляющим p—n- переходом

Существуют две большие группы полевых транзисторов:

• полевые транзисторы с управляющим р—п переходом, в которых изоляция канала от источника управляющего напряжения обеспечивается обратно смещенным р—п переходом;

• полевые транзисторы с МДП структурой (Метал – Диэлектрик - Полупроводник), где изоляция обеспечена диэлектрическими свойствами двуокиси кремния (чаще всего), отделяющего канал от электрода затвора. В свою очередь у МДП транзисторов существуют две разновидности:

• со встроенным (созданным технологически) каналом;

• с индуцированным (созданным внешним полем) каналом.

Работа МДП-транзисторов основана на изменении удельного сопротивления канала. При создании разности потенциалов между объемом полупроводника и изолированным электродом (затвором) у поверхности полупроводника образуется слой с концентрацией носителей - зарядов, отличной от концентрации в остальном объеме полупроводника, - канал, сопротивлением которого можно управлять, изменяя напряжение на затворе.

Рис. 1.5. Структура МДП-транзисторов с индуцированным (а) и встроенным (б) каналом