*Физические основы микроэлектроники; Электроника; Флеров А.Н, 2015.

Лекция 6, тезисы

Полупроводниковые диоды

Типы диодов: диоды бывают:

- электровакуумные (кенотроны),

- газонаполненные (газотроны, игнитроны, стабилитроны),

- полупроводниковые.

В настоящее время в подавляющем большинстве случаев применяются полупроводниковые диоды.

Полупроводниковый диод - это полупроводниковый прибор с двумя вы­водами, содержащий один p-n переход.

Рис. 6.1 Полупроводниковый диод (схема) и условное графическое обозначение (УГО) диода

Наибольшее применение получили кремниевые (Si -99% всего парка диодов) силовые, импульсные и пр., арсенид галлиевые (GaAs) - СВЧ диоды, перспективные - карбид кремниевые (SiC), нитрид галлиевые (GaN), InGaN, AlGaN - СВЧ диоды, светодиоды (InP, PbS), реже применяются германиевые (Ge) полупро­водниковые диоды.

Односторонняя проводимость p-n перехода наглядно иллюстрируется его вольтамперной характеристикой (ВАХ), показывающей зависимость тока через p-n-переход от величины и поляр­ности приложенного напряжения

Рис. 6.2 п/п диоды, конструкции (масштаб не выдержан)

Классификация диодов

- по физике работы - туннельный, лавинно-пролетный, с барьером Шоттки, с накоплением заряда, светодиод и проч.

- от способа получения p-n переходов полупроводниковые диоды делятся (по виду перехода) на два типа: точечные и плоскостные.

- от технологии изготовления p-n перехода диоды делятся на точечные, микросплавные, сплавные, диффузионные, эпитаксиальные.

Точечныйдиод это диод с очень малой площадью электрического перехода.

В точечном диоде с пластинкой кремния или германия (например, n-типа) соприкасается заостренная металлическая проволочка, образующая выпрямляющий переход в месте контакта (рис. 6.1).

Для создания стабильного выпрямляющего контакта при изготовлении точечного диода с пластинкой соприкасается заостренная металлическая игла имеющую на конце примесь индия или алюминия.

В результате термодиффузии (подача сильных импульсов тока ) в кристалле п/п образуется слой р- типа.

Рис. 6.1 Вариант конструкции

точечного диода

Микросплавной диод занимают промежуточное положение между плоскостными и точечными. Микро­сплавные диоды, имеющие также малую площадь перехода.

При изготовлении микросплавного диода p-n переход формируется, например, путем микровплавления в кристалл (например Ge) тонкой золотой проволочки с присадкой

галлия на конце.

Диоды с микро­сплавными переходами выгодно отличаются от точечных лучшей ста­бильностью параметров, но емкость перехода у них больше и предель­ные частоты ниже, чем у точечных диодов.

Сплавной диод

При изготовлении сплавных диодов происходит вплавление приме­си в кремний или в другой п/п.

Электронно-дырочные переходы сплавных диодов-резкие.

Рис. 6.2 Сплавной диод, строение и конструкция

Сплавной диод малой мощности — диод со средним значением выпрямленного тока не более 0,3 а. В середину пластинки кремния (Si) проводимостью n-типа (рис. 6.2.1) вплавлен цилиндрический столбик из алюминия (Аl). Атомы алюминия диффундирует (проникает) в пластинку, вследствие чего проводимость части объема пластинки вблизи столбика становится дырочной (р-типа). Между нею и остальным объемом пластинки образуется р-n переход с хорошей проводимостью от алюминия к кремнию.

Конструкции сплавного диода – на рис. 6.2.3.

Аналогичную конструкцию имеет германиевый выпрямительный сплавной диод малой мощности, только в германиевую пластинку вплавлен индий.

Сплавной диод средней мощности — диод со средним значением выпрямленного тока от 0,3 до 10 а. Между пластинками кремния n-типа и p-типа прокладывают алюминиевую фольгу и нагревают. Алюминий сплавляется с кремнием и внутри получившейся монолитной пластинки образуется р-n переход (рис. 6.2.2).

Такая конструкция показана на (рис.6.2.4)