1. Полупроводниковые диоды

1.1. Конструктивно-технологические виды диодов

Диодом называют электропреобразовательный прибор, содержащий один или несколько электрических переходов и имеющий два вывода.

По констструктивно-технологическим признакам различают следующие виды диодов.

Точечные диоды.p-n-переход образуется между контактом металлической иглы (сплав вольфрама с молибденом) и полупроводником (рис. 1.1) Слойp-типа образуется в полупроводнике в результате термодиффузии акцепторных примесей с конца металлической иглы под действием больших импульсов тока. Точечные диоды имеют малую площадь контакта, малую ёмкостьp-n-перехода, а прямые токи через них не превышают десятков миллиампер. Имеют большие токи утечки.

Сплавные диоды. Образуются вплавлением в кристалл полупроводникаn-типа сплава с акцепторной примесью (рис. 1.2): индия в германий и алюминия в кремний. В качестве базы выбирают полупроводникn-типа, т.к. подвижность носителей в нём выше.P-n-переходы сплавных диодов резкие или ступенчатые, могут пропускать токи до десятков ампер. Имеют большие ёмкостиp-n-перехода.

Микросплавные диодыполучают методом микровплавления в кристалл германия тонкой золотой проволочки с присадкой галлия на конце. У микросплавных диодов несколько больший по площадиp-n-переход, чем у точечных рис. 1.3.

Диффузионные диоды. У таких диодовp-nпереход изготавливают методом общей или локальной диффузии. Структуруn⁺-n-p-p⁺ типа (рис. 1.4) изготавливается методом общей многократной диффузии. Областьp-диффузияAlв пластинуn-кремния, областьp⁺- вторая диффузия бора вp-область,n⁺- диффузия фосфора вp-область. Омические контакты получают химическим осаждениемNiс последующим золочением.

Мезадиффузионные диоды.Для уменьшения ёмкостиp-n-перехода в высокочастотных диффузионных диодах используется мезаструктура (рис. 1.4), получаемая методом глубокого химического травления. Диаметрp-n-перехода уменьшается после травления до нескольких десятков микрометров.

При диффузии получается неравномерное распределение примеси по толщине слоя. Концентрация примеси с глубиной падает и в базе появляется тормозящее электрическое поле.

Эпитаксиальные диоды. Изготавливаются с использованием методов эпитаксии и локальной диффузии.

Эпитаксия - процесс наращивания микрокристаллических слоёв на подложку. Эпитаксия позволяет выращивать слои любого типа проводимости толщиной несколько микрон. P-n-переход создаётся, как правило, диффузией через окно в маске эпитаксиального слоя (рис. 1.6)

1 2 4 3 N Ge 1 - металлическая игла2 - кристалл полупроводника3 - металлизация

Рис. 1.1

1

4

2

3

n

Si

1. сплав, содержащий акцепторную примесь,

2. кристалл полупроводника,

3. металлизация,

4. p–область.

Рис. 1.2

1

4

Au+Ga

2

3

n

Ge

1. золотая проволока,

2. кристалл полупроводника,

3. металлизация,

4. p – область.

Рис. 1.3

Au

Ni

Au

Ni

p⁺

p

n-Si

n⁺

Рис. 1.4

Планарные и планарно-эпитаксиальные диодыимеют поверхностную структуру, выводы от обеих областейp-n-перехода располагаются в одной плоскости. На подложкуn⁺кремния эпитаксиально наращивается слойn-типа, затем после окисления и фотолитографии проводят диффузию бора в окисел и получаютp⁺-области (рис. 1.7).

Для изготовления p-n-переходов может использоваться ионная имплантация, при которой легирование осуществляется бомбардировкой примесными ионами, ускоренными до высоких энергий.

Диоды с барьером Шотткиполучают напылением металла на хорошо очищенную поверхность полупроводника (рис. 1.8). Имеют малое падение напряжения в прямом направлении.

Для защиты от механических и климатических воздействий кристаллы с p-nпереходами помещают в корпуса: металлокерамические, стеклянные, керамические, металлостеклянные, металлопластмассовые, пластмассовые.