книги из ГПНТБ / Брук В.А. Производство полупроводниковых приборов учебник для подготовки рабочих на пр-ве

Когда диод включен в прямом направлении, дырки из р-обла-

близости от перехода резко возрастает концентрация неосновных носителей. Если теперь быстро переключить диод в обратное направление, обратный ток его окажется большим, чем это было, когда переключение осуществляли медленно. Возрастание обрат­ ного тока связано с тем, что вблизи перехода возросла концентра­ ция неосновных носителей, направленное движение которых и определяет /обр- Постепенно концентрация неосновных носителей будет уменьшаться как за счет рекомбинации, так и за счет ухода их через р— n-переход. Через некоторое время неравновесные не­ основные носители достигнут равновесного состояния, и обратное сопротивление диода восстановится.

Это явление молено наблюдать, подавая на диод импульсы одинаковой амплитуды и различной длительности. До определен­ ной длительности импульсов будет искажаться фронт импульса, а при дальнейшем уменьшении будет уменьшаться и его амплитуда, так как время восстановления обратного сопротивления окажется больше, чем продолжительность импульса. Кроме того, искажения импульса из-за эффекта накопления неосновных неравновесных

прибора, а расстояние от перехода до области базового контакта — толщиной базы. Так как скорость рекомбинации (величина, обрат­ ная времени жизни неосновных носителей) выше в материалах с повышенной концентрацией, то время восстановления будет опреде­ ляться, в основном, временем жизни х неосновных носителей в базовой области. Поэтому для изготовления импульсных приборов применяют материалы с малым временем жизни неосновных носи­ телей.

Уменьшение времени жизни неосновных носителей тока в полу­ проводниковом материале существенно увеличивает величину обратного тока через диод. Таким образом, для изготовления диодов, способных работать в импульсных схемах, приходится под­ бирать оптимальные варианты сочетания удельного сопротивления Q и времени жизни неосновных носителей т в исходном материале.

Переходная характеристика диода при переключении его из открытого состояния в закрытое показана на рис. 37, из которой видно, что время восстановления неосновных носителей опре­

деляется веЛИЧИНОЙ / о б р . доп .

\

несколько ампер), устойчивость к механическим вибрационным и ударным нагрузкам, а также к климатическим воздействиям;

высокая эксплуатационная надежность, что является принци­ пиальным отличием сплавной технологии от точечной.

Наиболее перспективным типом импульсного диода является диффузионный импульсный диод, который имеет перед сплавным диодом те же (если не больше) преимущества, что и сплавной перед точечным. В связи с тем что время восстановления обратного сопротивления будет тем меньше, чем выше скорость рекомбина­ ции, очевидно, что для изготовления импульсных диодов применяют полупроводниковые материалы с малым временем жизни носителей.

При производстве сплавных диодов используют два метода снижения времени жизни неравновесных носителей тока: термо­ закалку и легирование кремния золотом. Термозакалка обеспечи­ вает значительное уменьшение величины х, но при этом происходит неконтролируемое изменение удельного сопротивления материала. При введении в кремний атомов золота величина т уменьшается в несколько раз. Кроме того, обратные токи в диодах, изготовленных на кремнии с добавками золота, в несколько раз меньше обратных токов диодов, изготовленных из термозакаленного кремния.

Процесс введения атомов золота в кремний хорошо освоен ме­ таллургическими заводами, поэтому сплавные импульсные диоды изготовляют именно из такого кремния. При производстве диф­ фузионных импульсных диодов золото вводят обычно в полупровод­ никовый материал непосредственно перед диффузией примесей, создающих переход.

Т а б л и ц а 9 Электрические параметры сплавных импульсных диодов

В табл. 9 и 10 приведены параметры сплавных и диффузионных импульсных диодов.

§29. ВАРИКАП

Воснову нового типа полупроводниковых проборов, называемых варикапами, положено свойство емкости р — /г-перехода изменять свою величину при изменении приложенного напряжения; величина емкости изменяется вследствие изменения ширины р — л-перехода.

Если известен закон распределения примесей, всегда можно определить ширину области объемного заряда и зависимость емко­ сти от приложенного напряжения. Для резкого (сплавного) р — п- перехода емкость обратно пропорциональна корню квадратному из приложенного напряжения:

Vv

Поведение варикапа определяется параметрами эквивалентной схемы, поэтому необходимо знать значения, которые могут прини­ мать эти параметры в различных условиях. Эквивалентная схема

На высоких частотах добротность может быть найдена из выра­ жения

ч: •

coCrs

Для повышения добротности необходимо уменьшать толщину базы и удельное сопротивление. Однако при уменьшении удельного сопротивления материала снижается пробивное напряжение. По­ этому создание в условиях серийного производства варикапов с очень тонкой базой представляет большие трудности. Подбирая ве­ личину удельного сопротивления исходного материала и получая возможно более тонкую базу и постоянную площадь р — /г-перехода, удается получить весь комплекс требуемых параметров.

Основными электрическими параметрами современных варика­ пов являются: емкость С при заданном £/0бр, добротность Q при заданном U06p и коэффициент К перекрытия по емкости, который показывает, во сколько раз изменилась емкость варикапа при изме­ нении обратного напряжения от минимального до максимального значения:

где СМакс и Сцтн — емкости варикапа при максимальном £/маке и минимальном Umm напряжениях смещения; U0 нулевое напряже­ ние смещения.

Таблица 11 Основные электрические параметры варикапов Д901А — Д901Е

Варикапы характеризуются также и рядом параметров, обычных для выпрямительных диодов. В табл. 11 для примера приведены основные электрические параметры варикапов Д901А — Д901Е.

Использование варикапа разрешает поставленную перед радио­ техникой проблему электронной перестройки резонансных конту-

ров в широком диапазоне частот, решение которой затруднялось высокими требованиями к габариту, массе и потребляемой мощно­ сти конструируемого элемента.

Какие же специфические усло­ вия должны быть на р — /г-переходе, чтобы возник туннельный эффект?

Такими условиями являются высокая напряженность электриче­

р —«.-переход, полученный на вырожденном полупроводником ма­ териале.

Первые сведения о туннельном диоде появились в 1958 г. в статье японского ученого Лео Есаки.

Туннельный диод является сильноточным низковольтным эле­ ментом. На прямой ветви вольтамперной характеристики тун­

диод ведет себя как обычный нелинейный резистор и имеет положи­ тельное сопротивление.

В интервале напряжений от Ui до U2 вольтамперная характери­ стика имеет падающий участок. С ростом напряжения ток умень­ шается, что указывает на наличие отрицательного сопротивления. Это сопротивление опредешяется как отношение приращения напря­ жения к приращению тока. Отрицательное сопротивление не потребляет мощности переменного сигнала, а отдает ее во внеш­ нюю цепь.

С помощью отрицательного сопротивления можно скомпенсиро­ вать потери, вносимые в схему положительным сопротивлением, и, таким образом, в зависимости от поставленной задачи осуществить схему усилителя, генератора или преобразователя электрических колебаний.

Туннельные диоды применяют для переключения (используют способность туннельных диодов пропускать большой ток при обрат­ ном напряжении смещения, т. е. обратную ветвь вольтамперной характеристики), а также для генерации и усиления электромаг­ нитных колебаний (используют отрицательное сопротивление дио­ дов при прямом напряжении смещения, т. е. прямую ветвь вольт­ амперной характеристики). •

Сравнивая туннельные полупроводниковые диоды с обычными полупроводниковыми диодами и транзисторами, можно сделать вывод, что туннельный диод похож на выпрямительный диод тем, что имеет два вывода, а на транзистор тем, что его можно исполь­ зовать для усиления и генерации колебаний.

Туннельные диоды могут работать в широком диапазоне тем­ ператур. Это объясняется тем, что в сильнолегированных полупро­ водниках, из которых изготовлены туннельные диоды, температура, при которой примесная проводимость уже неразличима на фоне собственной проводимости, будет наиболее высокой.

Одним из основных преимуществ туннельных диодов является их быстродействие, которое можно объяснить механизмом прохож­ дения электрона через р — я-переход. Согласно законам квантовой физики, туннельный переход электрона происходит практически мгновенно, со скоростью, близкой к скорости света.

Частотный предел применения туннельных диодов ограничивает­ ся емкостью р — я-перехода и сопротивлением потерь, обусловлен-