3. Электронно-дырочный переход

Рассмотрим неоднородный полупроводник, одна часть которого имеет электронную электропроводность, а другая - дырочную. При этом речь идет не о простом контакте двух различных полупроводников, а о едином монокристалле, у которого одна область легирована акцепторной примесью, а другая - донорной.

Между электронной и дырочной областями рассматриваемой полупроводниковой структуры всегда существует тонкий переходный слой, обладающий особыми свойствами. Этот слой называется электронно-дырочным или p-n-переходом.

Электронно-дырочный переход является основным структурным элементом большинства полупроводниковых приборов, его свойствами определяется принцип действия и функциональные возможности этих приборов.

В дырочном полупроводнике присутствуют в равном количестве подвижные положительные дырки и неподвижные отрицательные ионы

Полупроводниковые приборыЭто электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. В электронике П. п. служат для преобразования различных сигналов, в энергетике - для непосредственного преобразования одних видов энергии в другие. К основным классам П. п. относят следующие: электропреобразовательные приборы, преобразующие одни электрические величины в др. электрические величины (полупроводниковый диод, транзистор, тиристор); оптоэлектронные приборы, преобразующие световые сигналы в электрические и наоборот (оптрон, фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор. полупроводниковый лазер, светоизлучающий диод, твердотельный преобразователь изображения - аналог видикона и т.п.); термоэлектрические приборы, преобразующие тепловую энергию в электрическую и наоборот (термоэлемент, термоэлектрический генератор, солнечная батарея, термистор и т.п.); магнитоэлектрич. приборы (датчик, использующий Холла эффект, и т.п.); пьезоэлектрический и тензометрический приборы, которые реагируют на давление или механическое смещение. К отдельному классу П. п. следует отнести интегральные схемы, которые могут быть электропреобразующими, оптоэлектронными и т.д. либо смешанными, сочетающими самые различные эффекты в одном приборе. Электропреобразовательные П. п. - наиболее широкий класс приборов, предназначенных для преобразования (по роду тока, частоте и т.д.), усиления и генерирования электрических колебаний в диапазоне частот от долей гц до 100 Ггц и более; их рабочие мощности находятся в пределах от < 10-12 вт до нескольких сотен вт, напряжения - от долей в до нескольких тыс. в и ток - от нескольких на до нескольких тыс. а. В зависимости от применяемого полупроводникового материала различают германиевые, кремниевые и др.П. п. По конструктивным и технологическим признакам П. п. разделяют на точечные и плоскостные; последние, в свою очередь, делят на сплавные, диффузионные, мезапланарные, планарные (наиболее распространены, см. Планарная технология), эпипланарные и др. В соответствии с областью применения различают высокочастотные, высоковольтные, импульсные и др.П. п.

4. Полупроводниковым диодом

называется прибор с двумя выво­дами и одним p-n переходом. Принцип работы полупроводникового диода основан на использовании односторонней проводимости, элек­трического пробоя и других свойств p-n-перехода. Диоды различают по назначению, материалу, конструктивному исполнению, мощности и другим признакам.

В зависимости от технологии изготовления различают точечные диоды, сплавные, микросплавные, эпитаксиальные и другие.

По функциональному назначению диоды делятся на выпрями­тельные, универсальные, импульсные, смесительные, СВЧ, стабили­троны, стабисторы, варикапы, динисторы, тиристоры, симисторы, фото­диоды, светодиоды и т.д.

По конструктивному исполнению диоды бывают плоскостные и точечные.

По используемому материалу - кремниевые, германиевые, арсенидгаллиевые.

Диоды обладают односторонней проводимостью и слу­жат: для выпрямления переменного тока, стабилизации тока и напряжения, формирования импульсов, для регулирования мощностей и т.д.

Выпрямительные диоды применяются для преобразования переменного тока в постоянный. Они делятся: на маломощные (до 0,3А), средней мощности (до 10А), мощные (более 1000А), низкочастотные (до 1кГц) и высокочастотные (до 100кГц).

Свойства выпрямительных диодов характеризуются вольтамперной характеристикой и параметрами, которые приводятся в справочной литературе.

Основные параметры диодов (рис.15.):

• средний выпрямленный ток J_ср,

• прямое падение напряжения U_пр,

• обратный ток диода при заданной температуре J_обр.,

• напряжение отсечки U_отс.,

• мощность рассеивания Р_рас.,

• рабочая частота f_р. и др.

В ряде случаев для увеличения тока используется параллельное включение диодов. Для выравнивания токов через диоды последова­тельно с диодами включаются резисторы (рис.16).

Наряду с выпрямительными диодами для выпрямления перемен­ного тока используются мосты (рис.17) и диодные столбики. Выпрями­тельные мосты состоят из четырех диодов, размещенных в корпусе и залитых эпоксидной смолой. Диодные столбики представляют собой набор из последовательно соединенных диодов и предназначены для выпрямления высоковольтных напряжений.

Высокочастотные диоды предназначены для преобразования и обработки высокочастотных сигналов (до десятков гигагерц). Обычно это точечные диоды с минимальными паразитными параметрами. Применяются в СВЧ-аппаратуре.

Импульсные диоды нашли применение в импульсных схемах, например, в формирователях импульсных сигналов, в схемах автоматического регулирования, в вычислительных устройствах. Импульсные диоды обладают высоким быстродействием и минимальным временем восстановления.