2. Полупроводниковые диоды

Полупроводниковым диодом называют обычно прибор с одним или несколькими электрическими переходами и двумя выводами. Диоды классифицируются по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим особенностям, виду исходного полупроводника. По назначению различают следующие типы полупроводниковых диодов: выпрямительные, детекторные, смесительные, модуляторные, умножительные, универсальные. Существуют и другие классификационные признаки: по частоте – высокочастотные диоды, диоды СВЧ; для работы в импульсном режиме – импульсные; по виду вольтамперной характеристики – диоды с N - образной или S - образной характеристикой, или диоды с отрицательным сопротивлением; по технологическим признакам – сплавные, меза-диоды , планарные и ряд других.

В зависимости от соотношения между шириной обедненного слоя перехода и его периметром диоды подразделяются на точечные и плоскостные. Для точечных ширина перехода больше его периметра, а для плоскостных – наоборот. По физическим свойствам возможна такая классификация диодов: лавинно-пролетные, приборы с объемной неустойчивостью (диоды Ганна), туннельные диоды и т.д.

2.1. Методы получения p-n-переходов

Одним из распространенных способов получения электронно-дырочных переходов является вплавление. Очень широко используется вплавление индия, являющегося акцептором для германия, в германий, имеющий проводимость n – типа, или алюминия в кристалл кремния n - типа, либо вплавление фосфора или сурьмы в кремний p - типа. На рис. 2.1, а показана схематически структура p-n-перехода, полученного методом вплавления. Получить электронно-дырочный переход можно также, осуществляя диффузию примесей в исходную пластину полупроводника p- или n- типа (диффузионный метод).

Уменьшение емкости электронно-дырочного перехода осуществляют химическим путем, стравливая часть кристалла с одной его стороны и получая так называемую меза-структуру (рис. 2.1, б). Такой переход, кроме того, имеет значительно лучшее качество внешних границ, а, следовательно, и лучшие электрические характеристики и параметры, чем полученный методом вплавления.

Малую емкость p-n- перехода имеют также точечные диоды. Для изготовления такого перехода электролитически заостренная металлическая игла приваривается к кристаллу полупроводника импульсом тока до 1 А (метод формовки). Приконтактная область кристалла разогревается и под проволочным электродом образуется область с противоположным типом электропроводности (рис. 2.1, в). Контактную иглу иногда покрывают для улучшения качества перехода полупроводниковым материалом (In). Однако это приводит к некоторому увеличению его площади.

Современным методом создания полупроводниковых приборов из кремния является планарная технология, основу которой составляет метод фотолитографии.

Рис. 2.1

Структура готового электронно-дырочного перехода показана на рис. 2.1 г, а последовательность операций для его получения представлена на рис. 2.2, а…г. На исходной полупроводниковой пластине кремния n - типа получают пленку окисла SiO₂, которую затем покрывают слоем светочувствительного вещества – фоторезиста (рис. 2.2, а). После этого поверхность через специальную маску (фотошаблон) засвечивается ультрафиолетовым светом (рис. 2.2, б). Затем слой фоторезиста проявляется с помощью специальных проявителей. При этом облученные участки фоторезиста задубливаются и переходят в нерастворимое состояние, а необлученные растворяются.

Далее осуществляется травление пленки окисла, и получается "окно" для диффузии примесей (рис. 2.2, в). Через образовавшееся с помощью фотолитографии "окно" проводят локальную диффузию примесей в исходную пластинку кремния и получают p-n-переход (рис. 2.2, г).

Рис. 2.2

Для изготовления диодов используют германий, кремний, арсенид галлия, фосфид индия, селен и другие полупроводниковые материалы.