1.2. Полупроводниковые диоды и их типы
Рассмотренные выпрямительные свойства p-n перехода а также ряд других свойств, обусловленных воздействием ряда физических полей, позволяют создавать различные виды полупроводниковых приборов, многообразие которых увеличивается за счет одновременного применения нескольких методов управления потоками носителей заряда в них [12].
Рассмотрим основные типы диодов, широко применяемых в инженерной практике.
1.2.1. Диоды Шоттки на основе контакта «металл-полупроводник»
Контакт «металл-полупроводник» явился историческим основоположником первого «точечно-контактного» полупроводникового диода. В 1939 немецким физиком Вольтером Шоттки (23.07.1886-04.03.1976) было экспериментально обнаружено явление выпрямления слабых сигналов в области соприкосновения металлической иглы с полупроводниковым кристаллом. По имени ученого диоды на основе контакта «металл-полупроводник» назвали диодами Шоттки.
В
отличие от p-n
переходов, переходы «металл-полупроводник»
работают только на основных носителях
заряда: в случае полупроводника n-типа
– электронах и p-типа –
дырках, т. е. в переходе отсутствует
инжекция неосновных носителей. Их
функционирование основано на разности
работ выхода электронов из металла и
полупроводника. При полупроводнике
n-типа работа выхода из
него в металл должна быть меньше, чем
из металла в полупроводник (
).
В этом случае поток электронов из
полупроводника n-типа в
металл является преобладающим и металл
заряжается отрицательно, а полупроводник
– положительно и образуется контактная
разность потенциалов. Аналогично
процессу в p-n
переходе, направленное перемещение
электронов в металл происходит до тех
пор, пока уровни Ферми не выровняются.
Затем также образуется потенциальный
барьер, ширина которого зависит от
величины и полярности внешнего напряжения.
Таким образом, такой переход обладает
выпрямляющими свойствами.
Если
при этом же полупроводнике
,
преобладающим будет поток электронов
из металла в полупроводник (им требуется
меньшая энергия для преодоления
запрещенных зон), вследствие чего
приконтактный слой обогащается
электронами и сопротивление слоя резко
понижается, причем, оно остается низким
при любой полярности внешнего напряжения.
Поэтому подобные контакты не являются
выпрямляющими, а остаются электропроводящими
вне зависимости от полярности напряжения
внешней цепи. Такие контакты называются
омическими и используются для
выполнения внешних выводов полупроводниковых
приборов.
Для контакта «металл-полупроводник p-типа» соотношения между разностями работ выходов должны поменяться на противоположные, поскольку основными носителями заряда в этом случае являются дырки.
Диоды Шоттки отличаются повышенным быстродействием и малым падением напряжения на открытом переходе и используются в импульсной технике при производстве быстродействующих интегральных схем [12]. Для сравнения на рис.13 приведены «прямые ветви» вольт-амперных характеристик перехода Шоттки и p-n перехода [11].
Рис. 13. «Прямые ветви» вольтамперных характеристик перехода Шоттки (1) и p-n перехода (2).