25.Принцип работы туннельного диода.

Туннельный диод - полупроволниковый прибор, принцип действия которого основан на туннельном эффекте в тонких p-n переходах и предназначен для генерирования и усиления электрических сигналов. Структура и принцип работы туннельного диода В основу туннельных диодов положено структуру p⁺-n^-, то есть туннельные диоды получают на основе сильнолеггированых (вырожденных) полупроводников. Концентрация примесей в областях p и n достигает 10¹⁹...10²⁰ см^-3, в результате чего ширина переходов туннельных диодов на два порядка меньше, чем у обычных, и не превышает 10^-2мкм. При таких условиях создается возможность туннелирования носителей заряда через потенциальный барьер p-n перехода. Для изготовления туннельных диодов используют такие полупроводниковые материалы: германий, кремний, арсенид галлия, антимонид индия. Основная особенность туннельных диодов - наличие отрицательного дифференциального сопротивления на некотором участке прямой ветки ВАХ. Попробуем это объяснить. С увеличением концентрации донорных и акцепторных примесей вследствие взаимодействия атомов примесные уровни расщепляются, образовывая зоны, которые могут сливаться с зоной приводимости или валентной зоной полупроводника. Уровень Ферми приближается ко дну зоны приводимости в полупроводнике n-типа и к "потолку" валентной зоны в проводнике p-типа. При некоторой достаточно большой концентрации уровень Ферми может оказаться в средине собственных зон, то есть происходит "вырождение" полупроводника. В соответствии со статистикой Ферми-Дирака энергетические уровни в областях p и n, ниже уровня Ферми, практически полностью заняты, а те что выше уровня Ферми - практически свободны. В p-n переходах на основе вырожденных полупроводников искривление энергетических уровней настолько велико, что происходит перекрывание зон, то есть в некотором интервале энергий допустимые уровни валентной зоны области p имеют ту же энергию, что и допустимые уровни зоны проводимости в области n. Так как эти уровни разделены узким потенциальным барьером, то оказывается возможным туннельный переход электронов на свободные уровни из одной области в другую. Без сместительного напряжения на диоде устанавливается такое состояние, когда вероятность туннельного перехода электронов из области p в n-область и из n-области в p-область оказывается одинаковой, и суммарный ток через диод равен нулю(точка 0 на ВАХ, а на энергетической диаграмме).

26.Импульсные свойства диодов.

Импульсный диод — диод, предназначенный для работы в импульсных схемах. Положительный импульс диод пропускает без искажений и при прямом напряжении через диод проходит большой ток. При смене полярности входного напряжения на отрицательную диод запирается, но не сразу, в начале происходит резкое увеличение обратного тока, затем, после рассасывания неравновесных носителей, восстанавливается высокое сопротивление p-n перехода, и диод запирается. Данный тип диодов применяют в импульсных ключевых схемах с малым временным переключением. Импульсные диодыПолупроводниковый диод - это инерционный элемент относительно быстрых изменений тока и напряжения, так как новое распределение носителей в областях p и n устанавливается не сразу. Основная причина инерционности в режиме переключения - влияние барьерной емкости p-n перехода, а также эффект скопления избыточных носителей заряда в базе (диффузионная емкость). Роль эффекта скопления можно значительно ослабить, а барьерную емкость уменьшить, уменьшивши площадь перехода. Следовательно, основными особенностями импульсных диодов являются малая длительность жизни избыточных носителей и малая площадь p-n перехода. Последнее достигается благодаря специальной технологии изготовления p-n переходов заданной геометрии.

Основные параметры импульсных диодов Постоянное прямое падение напряжения U_пр - это падение напряжения на диоде при прямом смещении в статическом режиме. Значение U_пр указывают для заданного значения тока для трёх температур: минимальной (-60±2°C), комнатной (25±1°C) и максимальной (70±2°C) для германиевых и (120±1°C) для кремниевых. В справочниках дают максимальное значение U_пр для диодов этого типа.Постоянный обратный ток I_обр - это ток через диод в обратном направлении при максимально допустимом напряжении. Так же как и U_пр, значение I_пр указывают для трёх температур.Время восстановления обратного сопротивления t_вост - это время с момента переключения диода до момента когда обратный ток уменьшается до заданного значения. Параметр t_вост определяют при заданных значениях I_пр, I_обр и длительности переднего фронта импульса. По этому параметру импульсные диода делят на: обычные - миллисекундные, быстродействующие - микросекундные, сверхбыстродействующие - наносекунды. Сейчас разработано импульсные диоды с временем восстановления до нескольких пикосекунд.Емкость диода С - емкость между выводами диода при заданном обратном напряжении. Обычно, значение этого напряжения равно 5В.Максимальное импульсное падение напряжения U_{пр.имп.max} - максимальное падение напряжение на диоде во время прохождения через него импульса прямого тока заданной величины. Иногда указывают также максимальное импульсное сопротивление R_имп.max, которое равно отношению U_{пр.имп.max} к заданному значению импульсного прямого тока.Время установки прямого сопротивления t_уст - время, на протяжении которого прямое импульсное падение напряжения уменьшается от максимального значения до установленного значения.К гранично допустимым параметрам относятся: максимально допустимое обратное напряжение U_обр.max, максимально допустимый прямой ток I_пр.max, максимально допустимый импульсный ток I_{пр.имп.max} при заданной длительности импульса.