пу электронно-дырочного перехода - точечные и плоскостные. Основными классификационными признаками являются тип электрического перехода и назначение диода.

На принципиальных схемах полупроводниковые диоды обычно обозначаются символом :

Анод Катод

I

+-

Рис.17 В зависимости от типа диода к этому символу добавляются различные

элементы, но для всех диодов общим является обозначение анода и катода (рис.17), которые имеют видимую отличительную маркировку.

В зависимости от геометрических размеров р-n-перехода диоды под-

разделяют на плоскостные и точечные .

Плоскостными называют такие диоды, у которых размеры, определяющие площадь р-n-перехода значительно больше его ширины. У таких диодов площадь р-n-перехода может составлять от долей квадратного миллиметра до десятков квадратных сантиметров.

Точечные диоды имеют очень малую площадь р-n-перехода, причем линейные размеры ее меньше толщины р-n-перехода. Реальные структуры полупроводниковых диодов изображены на рис.18 а - точечного; б - плоскостного.

Плоскостные р-n переходы обычно изготавливают методом сплавления или методом

диффузии.

Сплавной метод заключается в том что в монокристалл полупроводника, чаще германия или кремния, вплавляют электрод из металла или сплава, содержащий донорские или акцепторные примеси.

Диффузионный метод основан на диффузии примесного вещества в монокристалл при температуре близкой, но меньшей темпе-

ратуре плавления.

24

Плоскостные диоды имеют сравнительно большую величину барьерной емкости(до десятков пикофарад), что ограничивает их предельную чистоту до 10 кГц.

Промышленность выпускает плоскостные диоды в широком диапазоне токов (до тысяч ампер) и напряжений (до тысяч вольт), что позволяет их использовать как в установках малой мощности, так и в установках средней и большой мощности.

Точечные р-n-переходы образуются в месте контакта монокристалла полупроводника и острия металлической проволочки - пружинки. Для обеспечения более надежного контакта его подвергают формовке, для чего уже через собранный диод пропускают короткие импульсы тока.

В результате формовки из-за сильного местного нагрева материал острия пружинки расплавляется и диффундирует в кристалл полупроводника, образуя слой иного типа, чем полупроводник. Между этим слоем и кристаллом возникает р-п-переход полусферической формы. Благодаря малой площади р-п-перехода барьерная емкость точечных диодов очень незначительна, что позволяет использовать их на высоких и сверхвысоких частотах.

Импульсные диоды.

Диоды, предназначенные для работы в импульсных режимах, называются импульсными. Импульсные режимы — это такие режимы, когда диоды переключаются с прямого напряжения на обратное через короткие промежутки времени, порядка долей микросекунды, при этом важную роль играют здесь переходные процессы.

Рассмотрим процесс переключения такого диода при воздействии на не-

становится до нормальной величины. Процесс уменьшения накопленного заряда в базе называется рассасыванием, а время, в течение которого обратный ток изменяется от максимального значения до установившегося называется

временем восстановления (tвос.). Время восстановления — один из важнейших параметров импульсных диодов. Чем он меньше, тем диод лучше. Для улучшения свойств импульсных диодов исходный полупроводник выбирают с малым временем жизни носителей заряда (для более интенсивного процесса рекомбинации в базе), а сам р-п переход делают с малой площадью, чтобы снизить величину барьерной емкости перехода Сб.

Туннельные диоды.

Туннельным диодом называется полупроводниковый прибор, выполненный на основе вырожденного полупроводника с такой высокой концентрацией примесей, что уровень Ферми выходит за пределы запрещенной зоны. Р-п-переходы на базе таких материалов имеют очень малую толщину и очень высокий градиент напряженности электрического поля и в них при обратном напряжении и небольшом прямом возникает туннельный эффект, а вольт-амперная характеристика имеет участок с отрицательным сопротивлением. Работа туннельного диода иллюстрируется диаграммами на рис.20.

В равновесном состоянии системы уровень Ферми постоянен для обеих областей полупроводникового диода, поэтому другие энергетические уровни искривляются настолько сильно, что нижняя граница дна зоны проводимости области n-типа оказывается ниже верхней границы потолка валентной зоны области p-типа, и так как переход очень узкий, то носители заряда могут переходить из одной области в другую без изменения своей энергии, просачиваться сквозь потенциальный барьер (туннелировать)(Рис.20б). В состоянии равновесия потоки носителей из одной области в другую одинаковы, поэтому результирующий ток равен нулю. Под воздействием внешнего поля энергетическая диаграмма изменится. При подключении прямого напряжения уровень Ферми и положение энергетических зон сместится относительно равновесного состояния в сторону уменьшения потенциального барьера и при этом степень перекрытия между потолком валентной зоны материала p-типа и дном зоны проводимости материала n-типа уменьшится. При этом в зоне проводимости материала n-типа уровни, заполненные электронами (ниже уровня Ферми) окажутся против незаполненных уровней в валентной зоне материала p-типа, что приведет к появлению тока, обусловленного большим количеством электронов, переходящих из области п в область р. Максимальное значение этого тока будет тогда, когда уровень Ферми материала п-типа и потолок валентной зоны материала р-типа будут совпадать (рис.20 в). При дальнейшем увеличении прямого напряжения туннельное перемещение электронов из п-областей в р-область начнет убывать (рис.20 г), так как количество их уменьшается по мере уменьшения степени перекрытия между дном

26

Рис.20

зоны проводимости материала п-типа и потолком валентной зоны материала р-типа. В точке, где эти уровни совпадают, прямой ток р-п-перехода достигнет минимального значения (рис.20а), а затем, когда туннельные переходы электронов станут невозможны (рис.20д), носители заряда будут преодолевать потенциальный барьер за счет диффузии и прямой ток начнет возрастать, как у обычных диодов.

При подаче на туннельный диод обратного напряжения, потенциальный барьер возрастает и электрическая диаграмма будет иметь вид, показанный на (рис.20е). Так как количество электронов с энергией выше уровня Ферми незначительно, то обратный ток р-п перехода в этом случае будет возрастать

27

в основном за счет электронов, туннелирующих из области р в область п, причем, поскольку концентрация электронов в глубине валентной зоны р области велика, то даже небольшое увеличение обратного напряжения и связанное с этим незначительное смещение энергетических уровней, приведет к существенному росту обратного тока.

Рассмотренные процессы позволяют сделать вывод, что туннельные диоды одинаково хорошо проводят ток при любой полярности приложенного напряжения, т.е. они не обладают вентильными свойствами. Более того обратный ток у них во много раз больше обратного тока других диодов. Это свойство используется в другом типе полупроводникового прибора — обра-

щенном диоде.

Обращенный диод.

Обращенный диод представляет собой разновидность туннельного диода у которого концентрация примесей подобрана таким образом, что в урав-

вольт-амперная характеристика такого прибора будет аналогична обратной ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода (рис.22). При пря-

бые электрические сигналы величиной в малые доли вольта. При этом включается он в обратном направлении, что предопределило и название такого диода.

28