2.7 Високочастотні діоди

Ge i Si ВЧ діоди з точковим контактом використовуються на частотах близьких до декілька сот МГц для випрямлення, детектування коливань та інших нелінійних перетворень.

Електронно-дірковий перехід в таких діодах створюється на місці контакту металевої (або бронзової) голки з пластиною Ge або Si. В результаті формовки, пропускання через діод коротких, але достатньо потужніх імпульсів, металева голка зварюється з напівпровідником і біля її вістря створюється p-n перехід. Друга площина пластини Ge припаюється до металевого кристалотримача і в місці спаю утворюється омічний контакт.

Оскільки площа переходу у точкових діодів порівняно мала, то допустима потужність розсіювання не перевищує 20…30 мВт, Прямий струм зазвичай не перевищує 50 мА, а пряма напруга – 1…2 В. Ge та Si точкові діоди допускають зворотню напругу до 200…300 В. Ємність переходу не перевищує одиниць пікофарад, а частотний діапазон поширюється до 150…200 МГц.

Для розширення частотного діапазону діода необхідно зменшувати ємність переходу С, опір діода Z та прямий опір p-n переходу R_пр.

2.8 Обернені діоди

Обернений діод – різновидність тунельного діоду, в якого струм піку І_п = 0. Вольт-амперна характеристика та умовне позначення обернених діодів на електричних схемах приведено на рис. 2.16.

Рисунок 2.16 – Вольт-амперна характеристика оберненого діода і його позначення на електричних схемах (ТС – тунельний струм, ДС – дифузійний струм)

Якщо до оберненого діоду прикласти пряму напругу U_пр0,3 В, то прямий струм діода І_пр = 0, навіть при невеликій зворотній напрузі (десятки мілівольт) зворотній струм досягає декількох міліампер внаслідок тунельного пробою. Таким чином, обернений діод характеризується вентильними властивостями при прямих напругах якраз в тій області, де звичайні випрямляючі діоди цими якостями не характеризуються. При цьому напрямком найбільшої провідності є напрямок, що відповідає зворотному струму.

Обернені діоди застосовують як і тунельні в імпульсних пристроях, а також як перетворювачі сигналів (змішувачі та детектори) в радіотехнічних пристроях.

2.9 Імпульсні діоди

Імпульсні діоди використовуються для роботи в ключових схемах. Крім основних параметрів I_пр, U_пр, I_звор, U_звор для діодів цього типу приладів вказуються спеціальні параметри, які характеризують перехідні процеси в приладі при швидких зміна зовнішньої напруги. Ці параметри пролюстровані на рис. 2.17, 2.18. Параметр τ_вст характеризує час встановлення прямої напруги на діоді (зменшення піку до величини 1,2 U_пр.ст.). Величина τ_вст характеризує час розсмоктування інжектованих носіїв та зниження в наслідок чого опір бази.

Рисунок 2.17 – Характеристики імпульсних діодів

При перемиканні напруги з прямої на зворотню розсмоктування надлишкової концентрації інжектованих носіїв в базі за рахунок дифузії та рекомбінації відбувається не миттєво. Цей процес характеризується параметром τ_відн – час відтновлення зворотного опору.

Рисунок 2.18 – Параметри напруги та струму імпульсних діодів

Насправді, в момент перемикання інжекція носіїв, припустимо дірок, в базу припиняється; в базі біля переходу концентрація дірок знижується до рівноважної. Але інжектовані раніше дірки ще не встигли пройти всю базу та, відповідно, концентрація дірок в товщині бази вища, ніж в переході. Наряду з дифузійним рухом дірок до виводу бази виникає їх дифузійний рух в зворотному напрямку до емітеру. Рівноважне значення концентрації дірок по всій базі встановлюється через час τ_відн, коли описані процеси закінчуються. Для прискорення цього процесу базу в деяких імпульсних діодах легують домішками, які утворюють пастки та сприяють рекомбінації неосновних носіїв. Легування бази золотом дозволяє знизити час процесів відновлення до величини порядку 10^-9 с. Знизити час τ_відн дозволяє також застосування бази з неоднорідною концентрацією домішки. В таких діодах концентрація домішок в базі монотонно збільшується по мірі віддалення від переходу.

Нерівномірною виявляється й концентрація основних, рухомих носіїв. В базі електрони з n–напівпровідника дифундують до переходу та оголяють далеко від переходу позитивні іони домішок. Таким чином, в базі встановлюється електричне поле, вектор напруженості якого спрямований до переходу. Під дією цього поля дірки, інжектовані в базу, дрейфують до переходу, притискаються до межі запираючого шару, де утворюють об’ємний заряд дірок підвищеної густини. При перемиканні напруги з прямої на зворотню ці дирки втягуються полем переходу за малий час. Внаслідок цього час відновлення в таких діодах значно менший, ніж в діодах з однорідною базою. Такі діоди отримали назву – діоди з накопиченням заряду (ДНЗ).

Інші параметри – максимальна імпульсна напруга (пряма) U_{пр.імп.мах} та максимальний імпульсний струм I_пр.імп, а також їх співвідношення, яке називається імпульсним опором.

Ємність переходу має бути по можливості меншою одиниці пікосекунд.

За часом відновлення зворотного опору τ_відн імпульсні діоди поділяються на мілісекундні (τ_відн >0,1 мсек), мікросекундні (0,1мсек>τ_відн >0,1 мксек), та наносекундні (τ_відн <0,1 мксек).