Варикап

Ранее уже было упомянуто, что обедненный слой в обрат­носмещенном переходе ведет себя как конденсатор. С увеличе­нием обратного напряжения носители перемещаются из области перехода. Это приводит к увеличению ширины обедненного слоя и уменьшает емкость перехода.

Варикап — полупроводниковый прибор, разработанный на основе этого эффекта. Изменение емкости типичного варикапа составляет от 20 до 40 пФ при изменении обратного напряжения в 5 В.

Варикапы широко используются в качестве элементов наст­ройки в индуктивно-емкостных контурах. В настоящее время варикапы применяют в большинстве телевизионных тюнеров (се­лекторов каналов).

Туннельный диод

Туннельный диод (иногда называемый также диодом Есаки, по имени его изобретателя) представляет собой p-n-переход с очень высоким уровнем легирования. Результатом этого являет­ся очень узкий обедненный слой, вследствие чего пробой проис­ходит без какого бы то ни было внешнего смещения.

Прямая ветвь ВАХ такого диода представлена на Рис. 1.17.

Эта ветвь разделяется на три отчетливые области. В области 1 происходит пробой и прямой ток возрастает. В области 2 прибор выходит из пробоя и демонстрирует отрицательное сопротивление (уменьшение тока при возрастании напряжения). В области 3 при­бор полностью выходит из пробоя и ведет себя как обычный диод. При работе прибора используется область 2, так как отрицатель­ное сопротивление дает возможность применять прибор в качест­ве генератора или запоминающего (накопительного) элемента.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор — это трехслойный прибор, состоя­щий из двух p-n-переходов, расположенных по одной линии вплотную друг к другу. Его структура может быть либо p-n-p, либо n-p-n, как показано на Рис. 1.18. Три области, которые образуют транзистор, называются эмиттер, коллектор и база.

Чтобы транзистор работал, область базы должна быть очень тонкой, и эмиттер должен быть легирован намного сильнее, чем база. На Рис. 1.19 показана схема включения p-n-p-транзистора (для n-p-n-транзистора следует поменять полярность источни­ков питания).

П ереход эмиттер—база смещен в прямом направлении, и дырки двигаются в область базы. Если бы база была толще, дви­жение этих дырок просто создавало бы ток через базовую об­ласть из эмиттера, но из-за малой толщины базы они попадают также под влияние отрицательно смещенного коллектора. Раз­ность потенциалов коллектор—база способствует проникнове­нию дырок в коллектор, в результате чего появляется коллектор­ный ток I_c. Некоторые дырки рекомбинируют с электронами в базовой области, за счет чего возникает небольшой базовый ток I_b. Отношение тока коллектора к току эмиттера I_c/I_e имеет при­близительно постоянное значение, около 0.98, и называется ко­эффициентом усиления эмиттерного тока — α. Исходя из закона Кирхгофа можно записать:

I_e = I_c + I_b

Следовательно, ток базы составляет около 0.02I_e . Коэффици­ент α иногда обозначают h_FB.

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Недостатком биполярного транзистора является малое вход­ное сопротивление, и для его повышения требуется достаточно сложная схема.

Биполярные транзисторы — это приборы, управляемые то­ком, однако проводимостью полупроводникового материала можно управлять также с помощью электрического поля.

Тран­зисторы, в которых проводимость модулируется электрическим полем, называют полевыми транзисторами.

Самый простой полевой транзистор показан на Рис. 1.23а. Этот транзистор представляет собой прибор с тремя выводами (стоком, истоком и затвором), состоящий из кристалла кремния /г-типа, в котором с помощью диффузии создана область n-типа, т.е. образован p-n-переход.

Сток положительно смещен по отношению к истоку, таким образом, в n-слое образуется канал, по которому течет ток от стока к истоку (I_d). Однако если на затвор подать отрицатель­ный потенциал, в области p-n-перехода образуется обедненный слой, что приведет к ухудшению проводимости канала и умень­шению тока I_d.

Следовательно, напряжение на затворе управляет проводи­мостью канала; чем больше по величине значение отрицатель­ного напряжения, тем меньший ток течет от стока к истоку. Пе­реход затвор — канал всегда смещен в обратном направлении, и через него протекает небольшой ток затвора, которым обычно пренебрегают.

Если увеличивать отрицательное напряжение на затворе, ток I_d перестанет протекать вовсе. Напряжение на затворе, при кото­ром это произойдет, называется напряжением отсечки или на­пряжением смыкания канала, и его типичное значение равняет­ся 5 В. На Рис. 1.23б приведены типичные характеристики по­левого транзистора.

Другой тип полевого транзистора — это так называемый по­левой транзистор с изолированным затвором, известный также как полевой транзистор со структурой металл—диэлектрик— полупроводник, или МОП-транзистор. Затвор в таком транзис­торе изолирован от канала.