книги из ГПНТБ / Сиволобов Н.А. Основы полупроводниковой электроники учеб. пособие

-31 _

сизменением концентрации примесей. Изображенная на рис.16,б

(рис.16,6) наблюдается резкий рост обратного тока - пробой пере­ хода. При увеличении отрицательного напряжения, несмотря на рас­ ширение запирающего слоя, наполненность поля Е растет. При боль­ ших отрицательных напряжениях электрическое поле может достигнуть величины, достаточной для разрыла валентных связей. Вновь образо­ вавшиеся при этом электроны и дырки участвуют в ;сзиженіш через переход. Плотность заряда еще более повышается. Возникает пробой, для которого хагіктерен лавинообразный рост обратного тока при почти неизменной величі:нс£/(рис.І6,б , участск^!

Электрический пробой может произойти и в результате ударной ионизации, т.о.разрушения валентных связей быстро движущимися в сильном поле Е электронами (рис.16,6 , участок 2), если удельное сопротивление полупроводника более 0,5 Ом.см.

Поміп.ю электрического в р - л - переходе возможен также теп­ ловой пробой, когда при цротеканті через переход значительного тока H плохом отводе тепла тепловая энергия достаточна для раз­ рыва валентных связей. Как праипло, с повышением температуры уменьшается прямое и обратное^сопротивления (рис. 17, б).Ьаиболее сильно с измененном температуры меняется ток насыщения. Рост тока насыщения с повышением температуры практически является

7 и с.16. Вольт-амперные характеристики электронно-дырочного перехода без пробоя (а") и с пробоем (б) перехода

Ри с.17. Электронно-дырочный переход:

а- эквивалентная схема; б - изменение вольт-амперной характеристики в зависимости от температуры

Барьерная емкость главную роль играет при обратном смещении. При прямом смещении главную роль играет диффузионная емкость, которая связана с протеканием диффузионного тока и концентра­ цией зарядов у границы запирающего слоя.

.Суммарная емкость перехода равна: С пер = С бар-+ С дифф.

-35 -

При отрицательных напряжениях С дифф — О и С пер. **= С зар-

ка,которое зависит от конструкции прибора и сопротивления поч лупроводника.

Г Л А В А п

ПОДУПРОЕОДНИКОЗІЖ ДИОД!.! И ТРИ0Д1.І

К группе полупроводниковых приборов относятся полупроводниковие диоды и триоды (транзисторы), а также различные приборы специального назначения: термосопротивления (терморезисторы),фото- ! сопротивления (фоторезисторы),вентильные фотоэлементы,болометры,! термоэлектрогенераторы, термоэлектрохолодильные элементы и др.

Чрезвычайно быстрое развитие и внедрение в практику полу­

приборов, к числу которых относятся: малые габариты, малый вес, малое потребление мощности, большая механическая прочность, очень длительный срок их службы.

- 36 -

Замена лампивой схемы полупроводниковой позволяет умень­ шить объем аппаратуры и потребляемую мощность более чем в 10 раз.

Электронные лампы создали возможность включать ток в миллион­ ные доли секунды, а некоторые полупроводниковые приборы - в мил­ лиардные доли секунды.

Однако полупроводниковые приборы по качественным показате­ лям уступают электровакуумным лампам: зависимость технических характеристик полупроводниковых приборов от температуры окружаю­ щей среды, значительный разброс параметров и характеристик от экземпляра к экземпляру одного и того же типа приборов.

Полупроводниковые диоды в

В основе работы полупроводниковых диодов лежат физические явления, протекающие в электронно-дырочном переходе. Основной характеристикой диода является вольт-амперная характеристика р - п - перехода (см.рис.16).

В настоящее время в промышленности применяется несколько типов диодов. Ограничимся рассмотрением выпрямительных диодов.

Полупроводниковые выпрямительные диоды различают по мате­ риалу, используемому для образования р -п-перехода (селеновые, меднозакисные, германиевые,,кремниевые) и по характеру контакта (точечные и плоскостные).

В селеновых выпрямителях (вентилях) запирающий слой обра­ зуется в месте контакта селена с металлической пластиной, изготовленной иа сплава олова с кадмием (рис.18). Селеновые

Допустимая плотность прямого тока не превышает 50 мА/см2 . Так как сопротивление на I см*" поверхности селенового диода прямому току невелико(несколько десятков омов),то максималь­ ное прямое напряжение обычно не превышает ГВ. Для увеличения допустимых значений выпрямленного тока и подводимого напряжения селеновые диоды собирают в столбики или обоймы. В меднозакисных диодах (рис.19) запирающий слой 3 возникает между внутренним слоем закиси меди 2, образующимся на тонкой медной пластинке,

и наружным слоем закиси меда 4. Меднозакисные диода, как и селе­ новые, изготавливаются в виде шайб, которые затем собираются в столбик.

а

Р~и С . І 9 . МеднозакисииП выпрямительный диод:

Широкое распространение получили германиевые выпрямитель­ ные диоды.

На рис.20 представлено схематически устройство плоскостно­ го германиевого диода. Основу его составляет кристалл германия, который путем внесения примеси сурьмы или мышьяка приобрел элек­ тронную проводимость ( п - германий). С одной стороны, кристалл сплавляется с оловянным электродом держателем, который дает плот­ ный контакт и позволяет подключить зажим внешней цепи. С другой стороны^на кристалл наплавляется кусок индия (при температуре

около 500°С), Лтомы индия проникают (диффундируют) в кристалл,

Выпрям/\енньіи ток

и с.20. Германиевый плоский диод:

а -, схематическое устройство;б -, условное обозначение

рой зажим цепи припаивается к индию. Название "плоскостной диод"

- 39 -

Па рис.21 дается схематическое изображение точечного гер­ маниевого диода.Электронно-дырочный переход образуется на месте контакта вольфрамовой иглы I с пластиной п -германия. При изго­ товлении диода через него пропускают повышенный прямой ток, в результате чего вольфрамовая игла проникает в толщу германиевой пластины и сваривается с ней. Вблизи остріп иглы в полупроводнике создается область р-проводимости, на границе которой с остальной частью германия образуется р-П -переход.

Промышленностью выпускаются также диоды на основе полупро­ водниковых кристаллов кремния. Кремниевые диоды работают успешно в более широка.: диапазоне температур, нежели германиевые.

На рнс.ПЗ изображены вольт-ампернііС характеристики выпрями­ тельных диодов.

В эксплуатации обратное напряжение не должнпревышать зна­ чения, обеспечивающего отсутствие пробоя. Имеют место следующие эксплуатационные параметры полупроводнішовых диодов: I ) наиболь­ ший выпрямленный ток, не вызывающий порчи (перегрева) диода при длительном.прохождении ; 2) наибольшая амплитуда обратного напря­ жения, не вызывающая пробоя при длительной эксплуатации ;3) паде­ ние постоянного напряжсніи на дподе при наибольшем выпрямленном токе (выгодны диоды с малым падением напряжения, т . е . с малым прлпым сопротивлением диода) ;4) обратный ток при наибольшем об­ ратном напряжении (этот ток желательно иметь малым в интересах выпрямительных свойств, т . е . обратное сопротивление диода должно быть наибольшим).

В более мощных (больше 3 Вт) устройствах электропитания применяют плоскостные германиевые и кремниевые диоды, допускаю­ щие значительно больший выпрямленный ток (до нескольких ампер)