Свойства p-n перехода
К основным свойствам p-n перехода относятся:
свойство |
температурные |
частотные |
пробой p-n |
односторонн |
свойства p-n |
свойства p-n |
перехода |
ей |
перехода |
перехода |
|
проводимост |
|
|
|
Свойствои односторонней проводимости p-n перехода нетрудно рассмотреть на вольтамперной характеристике. Вольтамперной характеристикой (ВАХ) называется графически выраженная зависимость величины протекающего через p-n переход тока от величины приложенного напряжения, I=f(U).
Будем считать прямое напряжение положительным, обратное – отрицательным. Ток через p-n переход может быть определён следующим образом:
где I0 – ток, вызванный прохождением собственных носителей заряда;
e – основание натурального логарифма; e’ – заряд электрона; Т
– температура;
U – напряжение, приложенное к p-n переходу; k – постоянная
При прямом включении:
При обратном включении:
Рис. 17
При увеличении прямого напряжения прямой ток изменяется по экспоненциальному закону.
Так как величина обратного тока во много раз меньше, чем прямого, то обратным током можно пренебречь и считать, что p-n переход проводит ток только в одну сторону.
Температурные свойства p-n перехода показывает, как изменяется работа p-n перехода при изменении температуры. На p-n переход в значительной степени влияет нагрев, в очень малой степени – охлаждение.
При увеличении температуры увеличивается термогенерация носителей заряда, что приводит к увеличению как прямого, так и
Рис. 19
Рис. 20
Ri – внутреннее сопротивление p-n перехода.
Ri очень мало при прямом включении [Ri = (n∙1 ч n∙10) Ом] и будет велико при
обратном включении: |
|
[Riобр = (n∙100 |
ч n∙1 МОм)]. |
Если на p-n переход подавать переменное напряжение, то ёмкостное сопротивление p-n перехода будет уменьшаться с увеличением частоты, и при некоторых больших частотах ёмкостное сопротивление может сравняться с внутренним сопротивлением p-n перехода при прямом включении.
В этом случае при обратном включении через эту ёмкость потечёт достаточно большой обратный ток, и p-n переход потеряет свойство односторонней
проводимости. Вывод: чем меньше
величина ёмкости p-n перехода, тем на более высоких частотах он может
работать.
На частотные свойства основное влияние оказывает барьерная ёмкость, т. к. диффузионная ёмкость имеет место при прямом включении, когда внутреннее сопротивление p-n перехода мало.
Пробой p-n перехода. Iобр = -
Io.
При увеличении обратного напряжения энергия электрического поля
становится достаточной для Явление сильного увеличения обратногогенерациитоканосителейпри определённомзаряда.
обратном напряжении называетсяЭтоэлектрическимприводит пробоемк сильномуp-n перехода. Электрический пробой – этоувеличениюобрат мыйобратногопробой, тока. е..при уменьшении обратного напряжения p-n переход восстанавливает
свойство односторонней проводимости. Если обратное напряжение не уменьшить, то полупроводник сильно нагреется за счёт теплового действия тока и p-n переход сгорает. Такое явление называется тепловым пробоем p-n перехода. Тепловой пробой необратим.
УСТРОЙСТВО, КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ Классификация и условные обозначения
полупроводниковых диодов
Полупроводниковым диодом называется устройство, состоящее из кристалла полупроводника, содержащее обычно один p-n переход и имеющее два вывода.
Классификация диодов производится по следующим признакам:
|
По |
По частоте |
По |
По конструкции |
функциональному |
||
(плоскостные, |
мощности |
(низко- |
назначению |
точечные, |
(маломощны |
частотные, |
(выпрямительные, |
микросплавные) |
е, средней |
высоко- |
импульсные, |
|
мощности, |
частотные, |
стабилитроны, |
|
мощные) |
СВЧ) |
варикапы, |
|
|
|
светодиоды, |
|
|
|
тоннельные диоды |
|
|
|
и т.д.) |
Условное обозначение диодов подразделяется на два вида: 
условное графическое обозначение (УГО) – обозначение на принципиальных электрических
схемах По старому ГОСТу все диоды обозначались буквой Д и
цифрой, которая указывала на электрические параметры, находящиеся в справочнике.
Новый ГОСТ на маркировку диодов состоит из 4 обозначений:
|
|
|
Рис. 26 |
I – показывает |
II – тип |
III – три цифры |
IV – моди- |
материал |
полупроводникового |
– группа |
фикация |
полу- |
диода: |
диодов по |
диодов в |
проводника: |
Д – выпрямительные, ВЧ и |
своим |
данной |
Г(1) – |
импульсные диоды; А – |
электрически |
(третьей) |
германий; |
диоды СВЧ; C - |
|
группе |
К(2) – |
стабилитроны; В – |
|
|
кремний; А(3) |
варикапы; И – туннельные |
|
|
– арсенид |
диоды; Ф – фотодиоды; Л - |
|
|
галлия |
светодиоды; Ц – выпря- |
|
|
Условные графические обозначения:
Рис. 27
а) выпрямительные, высокочастотные, СВЧ, импульсные и диоды Ганна; б) стабилитроны;
в) варикапы; г) тоннельные диоды;
д) диоды Шоттки; е) светодиоды; ж) фотодиоды;
з) выпрямительные блоки
Конструкция полупроводниковых
Основойдиоплдовскостных и точечных диодов является кристалл полупроводника n-типа проводимости, который называется базой.
База припаивается к металлической пластинке, которая
называется кристаллодержателем. |
Для плоскостного диода |
|||||
|
||||||
|
на |
базу |
накладывается |
|||
|
материал |
|
акцепторной |
|||
акцепторная примеси и |
|
в |
вакуумной |
|||
примесь |
печи |
при |
|
высокой |
||
база |
температуре |
(порядка |
500 |
|||
кристалл |
°С) |
происходит |
диффузия |
|||
акцепторной |
|
примеси |
в |
|||
о- |
базу |
диода, |
|
в |
результате |
|
держател |
|
|||||
ь |
чего образуется область p- |
|||||
|
типа проводимости и p-n |
|||||
|
переход большой плоскости |
|||||
Рис. 28 |
(отсюда название). |
|
||||
|
Вывод |
от |
p-области |
|||
|
называ-ется анодом, а |
|||||
|
вывод от |
|
n-области – |
|||
Большая плоскость p-n перехода плоскостных диодов позв ляет им катодом (рис. 28).
работать при больших прямых токах, но за счёт большой барьерной ёмкости они будут низкочастотными.
Точечные диоды
Рис. 29 |
Рис. 30 |
К базе точечного диода подводят вольфрамовую проволоку, легированную атомами акцепторной примеси, и через неё пропускают импульсы тока силой до 1А. В точке разогрева атомы акцепторной примеси переходят в базу, образуя p-область (рис. 30).
Получается p-n переход очень малой площади. За счёт этого точечные диоды будут высокочастотными, но могут работать лишь на малых прямых токах (десятки миллиампер).
Микросплавные диоды
Микросплавные диоды получают путём сплавления микрокристаллов полупроводников p- и n- типа проводимости. По своему характеру микросплавные диоды будут плоскостные, а по
своим параметрам – точечные.