§1.6 Контакты металла с полупроводником

Физические явления в контакте металла с полупроводником определяются соотношением работ выхода электрона из металла и проводника. Если металл привести в соприкосновение с полупроводником, то электрон будет переходить из материала с меньшей работой выхода к материалу с большей работой выхода, что приведёт к возникновению контактной разности потенциалов.

(2) и (3) подчиняются законам Ома /омические контакты – такие контакты находят применение в полупроводниках для подведения металлических выводов к области полупроводника/. ВАХ (1) и (4) нелинейна и описываются уравнением Шокли. Переход (1)-(4) – переход Шотки. (1), (4) ведут себя подобно p-n-переходу. В переходе Шотки отсутствует диффузионная ёмкость. Переход Шотки будет более быстродействующим по сравнению с p-n-переходом.

Отличие ВАХ Шотки от p-n:

1. Обратный ток перехода Шотки больше, чем у p-n-перехода

2. Прямое падение напряжения на переходе Шотки на 0,2-0,4 В меньше

3. ВАХ перехода Шотки подчиняется уравнению Шокли в очень широком диапазоне /с очень высокой точностью/ токов: 1мА – 10мА

Тема 2 – Полупроводниковые приборы

§2.1 Полупроводниковые диоды

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор, содержащий один или несколько электрических переходов и 2 вывода для подключения к внешней цепи. В зависимости от функционального назначения различают:

1. Выпрямительные диоды

2. Лавинные диоды

3. Выпрямительные столбы

4. Выпрямительные блоки и сборки

5. Универсальные и импульсные диоды

6. Диоды с накоплением заряда

7. Диодные матрицы и сборки

8. Стабилитроны

9. Стабисторы

10. Ограничители напряжения

11. Генераторы шума

12. Варикапы

13. Варакторы

14. Туннельные диоды

15. Обращённые диоды

16. СВЧ-диоды

17. Светоизлучающие диоды

18. Излучающие диоды инфракрасного диапазона

19. Фотодиоды

20. И другие

[1] Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в однополярный.

Принцип работы выпрямительных диодов основан на использовании односторонней проводимости /вентильных свойств/ электрического перехода для преобразования переменного тока в однополярный пульсирующий.

Статические и динамические параметры, параметры электрического и эксплуатационного режимов.

К основным статическим параметрам относятся:

1. прямое падение напряжения при заданном прямом токе

2. постоянный обратный ток при заданном обратном напряжении

К основным динамическим параметрам относятся:

1. - среднее за период значение выпрямленного тока

2. - среднее значение прямого падения напряжения при заданном среднем значении прямого тока

3. - среднее значение обратного тока при заданном значении обратного напряжения

4. - среднее за период значение обратного напряжения

5. - граничная частота, на которой выпрямительный ток диода уменьшается до установленного уровня

К параметрам электрического режима относятся:

1. - дифференциальное сопротивление диода

2. - ёмкость диода, включающая ёмкости электрического перехода и корпуса, если последний существует

Под предельно допустимыми эксплуатационными режимами работы диодов подразумеваются такие режимы, которые обеспечивают с заданной надёжностью работу приборов в течение оговоренного техническими условиями срока службы.

К параметрам эксплуатационных режимов относятся:

1. - максимальное значение выпрямленного тока

2. - максимальное значение допустимого обратного напряжения

3. - максимальная допустимая мощность

4. - минимальная температура окружающей среды для работы диода

5. - максимальная температура окружающей среды для работы диода

Выпрямительные диоды делятся на:

1. Силовые /низкочастотные/ /для использования в выпрямителях =50кГц/

   1. Диоды малой мощности : < 300мА

   2. Диоды средней мощности: 300мА < < 10А

   3. Диоды большой мощности: 10А <

2. Маломощные /высокочастотные/ /для применения в разного рода детекторах=10100МГц/

Такой выпрямитель называется однополупериодным. Конденсатор может выполнять функцию сглаживания.

Выпрямитель, пропускающий 2 периода, называется двуполупериодным выпрямителем.

При одинаковой C пульсация будет меньше, чем в однополупериодном.

Выпрямительные диоды широко применяют в источниках питания, ограничителях выбросов напряжений. Наибольшее использование нашли кремниевые, германиевые диоды, диоды с барьером Шотки, а в аппаратуре специального назначения и измерительной аппаратуре, работающей в условиях высокой температуры окружающей среды,- селеновые и титановые выпрямители.

[2] Лавинные диоды – это разновидность выпрямительных диодов /нормируется напряжение лавинного пробоя/. Может использоваться в цепях защиты от перенапряжения.

[3] Выпрямительные столбы – это совокупность выпрямительных диодов, включённых последовательно и собранных в единую конструкцию с двумя выводами, используется в высоковольтных выпрямителях.

[4] Выпрямительные блоки и сборки – содержат несколько диодов, электрически независимых или соединённых в виде однофазного или трёхфазного моста. Позволяют упростить монтаж и уменьшить габариты аппаратуры.

[5] Универсальные и импульсные диоды отличаются от выпрямительных диодов более высоким быстродействием и большими значениями импульсных токов, имеют другую систему параметров.

[6] Диоды с накоплением заряда /ДНЗ/ – разновидность импульсных диодов, малое время обратного восстановления. Это достигается неравномерным легированием базы.

[7] Диодные матрицы и сборки – представляют собой интегрированные в одном корпусе или кристалле универсальные и импульсные диоды /диоды соединяются в виде микросхем/. Могут быть соединены между собой или изолированы.

[8] Стабилитрон - полупроводниковый прибор, в котором для стабилизации напряжения используется слабая зависимость напряжения лавинного /или туннельного/ пробоя от обратного тока через переход.

Параметры стабилитрона:

1. Напряжение стабилизации при заданном токе стабилизации

2. Дифференциальное сопротивление стабилитрона при заданном токе стабилизации

3. Температурный коэффициент напряжения стабилизации При напряжении 6,3В , при большом напряжении преобладает лавинный пробой //, при меньших напряжениях – туннельный пробой //.

Для уменьшения температурного коэффициента стабилизации разработаны прецизионные стабилитроны.

В них включены один или несколько прямосмещённых p-n-переходов. Количество диодов зависит от напряжения стабилизации /В/.

Импульсный стабилитрон от обычных стабилитронов отличается повышенным быстродействием и применяется для стабилизации амплитуды импульсов.

Двухсторонний стабилитрон – два импульсных стабилитрона, включённых встречно. Стабилитроны обычно одинаковы, что приводит к симметричной ВАХ. Используются в двухсторонних ограничителях импульсов.

[9] Стабистор – один или несколько последовательно включённых диодов, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь ВАХ.

КС107, КС113, КС119, D220С – Стабисторы

D-220 – Импульсные диоды

[10] Ограничитель напряжения – полупроводниковый диод, работающий в режиме туннельного или лавинного пробоя, предназначен для защиты электрических цепей от перенапряжения. От обычных стабилитронов отличается высоким быстродействием и большими допускаемыми импульсными токами. Используется в промышленной электронике. В, быстродействие измеряется пикосекундами.

[11] Генератор шума– это стабилитрон, работающий на грани пробоя. Напряжение пробоя стабилитрона в этом режиме нестабильно кроме постоянного напряжения генерируется шумовое напряжение. Спектр шума равномерен до частоты 3,5 МГц.

[12] Варикап – нелинейный конденсатор на основе p-n-переходов, барьерная ёмкость которого перестраивается с изменением напряжения на нём.

Коэффициент перекрытия по ёмкости:

,

[13] Варактор – варикап, используемый в умножителях частоты /силовой варикап/. Используется в радиопередатчиках, там где стоит задача генерировать сигналы большой мощности.

[14] Туннельный диод – полупроводниковый прибор на основе p-n-перехода, образованного вырожденными полупроводниками. В этих диодах туннельный эффект проявляется уже при небольших положительных напряжениях на p-n-переходах.

Туннельный диод – СВЧ прибор, который работает в сантиметровом диапазоне волн /см/. Туннельные диоды относятся к негатронам /имеют участок с отрицательным сопротивлением/n-типа.

[15] Обращённый диод отличается от туннельных диодов меньшей концентрацией примесей в p- и n-областях. Туннельный эффект проявляется только при обратном напряжении.

Отсутствует диффузионная ёмкость.

Работают до частоты 50ГГц.

Используется при построении смесителей.

[16] СВЧ-диоды предназначены для работы в сантиметровом и дециметровом диапазоне волн. В зависимости от выполняемой функции делятся на:

1. Смесительные

2. Детекторные

3. Параметрические

4. Ограничительные, переключателиные

5. Умножительные и настроечные

6. Генераторные:

   1. Лавинно-пролётные диоды /ЛПД/

   2. Диоды Ганна

Предназначены для встраивания в волноводы.

[17] Светоизлучающие диоды и Излучающие диоды инфракрасного диапазона предназначены для преобразования элементарной энергии в энергию некогерентного излучения в соответствующем диапазоне волн. Излучение возникает при рекомбинации неосновных носителей в базе прямосмещённого p-n-перехода с шириной запрещённой зоны > 1,8эВ.

[18] Фотодиод предназначен для преобразования энергии световой или инфракрасного излучения в электрическую энергию. Используется в различных датчиках и оптронах.