1.5. Конструктивное исполнениеp-nперехода

По конструктивному исполнению различают точечные и плоскостные p‑nпереходы. Схематическое устройство таких переходов представлено на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Конструктивное исполнение p-nперехода:

а – точечного; б - плоскостного

А – вывод анода; К – вывод катода; 1 – металлический держатель пластины полупроводника;

2 – пластина полупроводника (GeилиSi); 3 –p-nпереход; 4 – вольфрамовая игла;

5 – пластина сплава индия или алюминия

У точечногоp-nперехода к центру германиевой или кремниевой пластиныn-типа прижато остриё тонкой металлической (обычно вольфрамовой) иглы, концы которой могут быть покрыты слоем индия или золота. Вблизи острия иглы небольшая часть пластины в процессе технологической обработки приобретает проводимостьp-типа. Между этой областью и пластиной получаетсяp-nпереход с односторонней проводимостью от иглы к пластине. Преимущество такой конструкции – весьма малая ёмкостьp-nперехода (единицы пФ). Недостаток – малые величины прямого тока и обратного напряжения (I_п30 мА,U_обр30 В).

У плоскостногоp-nперехода держатель полупроводниковой пластины выполнен из вольфрама и закреплён на металлическом корпусе. Этим достигается хороший отвод тепла и предотвращается растрескивание полупроводниковой пластины при тепловом расширении. В центр пластины полупроводникаn-типа вплавляется пластина индия (дляGe) или алюминия (дляSi). В месте плавления происходит диффузия атомов примеси в пластину полупроводника, проводимость этого объёма меняется на проводимостьp-типа, и образуетсяp-nпереход достаточно большой площади. Преимущество такой конструкции – большие величины прямого тока и обратного напряжения (I_п100 мА,U_обр100 В). Недостаток – большая ёмкостьp-nперехода (сотни нФ). Из-за такой большой ёмкости плоскостныеp-nпереходы не могут работать на высокой частоте переменного тока.

Более подробные сведения о свойствах p-nпереходов приведены в литературе [5].

Пример расчёта динамического (дифференциального) сопротивления p-n перехода

Определить дифференциальное сопротивление при прямом и обратном смещении, если при изменении прямого напряжения U_прс 0,45 до 0,55 В прямой токI_призменился с 2,5 до 7,5 мА, а при изменении обратного напряженияU_обрс 5 до 10 В обратный токI_обризменился с 20 до 40 мкА.

Решение. Динамическое (дифференциальное) сопротивление рассчитывается для приращений напряжения и тока (выражение 1.2).

При прямом смещении: кОм или 20 Ом.

При обратном смещении: МОм или 250 кОм.

Динамическое сопротивление при обратном смещении больше динамического сопротивления при прямом смещении в 250/0,02 = 12500 раз.

Контрольные вопросы

1. По какому признаку вещества относят к полупроводникам?

2. Какое удельное сопротивление имеют полупроводники?

3. Как зависит удельное сопротивление полупроводника от температуры?

4. Какой вид примеси позволяет получить электронный тип проводимости?

5. Какой вид примеси позволяет получить дырочный вид проводимости?

6. Как достигается односторонняя проводимость в полупроводнике?

7. Нарисуйте ВАХ p-nперехода. Как по ВАХ рассчитать прямое и обратное статическое и динамическое сопротивление?

8. Что вызывает тепловой пробой p-nперехода? Что следует ограничить, чтобы не возникал тепловой пробой?

9. Что вызывает электрический пробой p-nперехода? Что следует ограничить, чтобы не возникал электрический пробой?

10. В чём отличие точечных и плоскостных p-nпереходов?