I. Активные радиоэлементы

1 Полупроводниковые диоды

1.1 Определения. Классификация

Полупроводниковый диод – это прибор с одним или несколькими электрическими переходами и двумя внешними выводами.

По виду перехода диоды делятся на диоды с электронно-дырочным переходом и металло - полупроводниковые (диоды Шотки). В зависимости от соотношения между шириной обедненного слоя перехода и его периметром диоды подразделяются на точечные, микросплавные и плоскостные.

По технологии изготовления:

а) сплавные; в) планарно-эпитаксиальные;

б) диффузионные; г) меза-диоды.

Рис. 1.1

Эпитаксия – ориентированный рост слоев. У сплавных и планарно-эпитаксиальных диодов распределение примесей равномерное, p-n - переходы резкие, ближе к идеальным. Диффузионные диоды имеют неравномерное распределение примесей и переходы плавные. Форма p-n перехода влияет на его частотные свойства.

По применению диоды классифицируются на низкочастотные (НЧ), высокочастотные (ВЧ), сверхвысокочастотные (СВЧ) диоды. НЧ диоды обычно являются диодами плоскостной формы. ВЧ диоды имеют точечную форму p-n перехода. Повысить частотные свойства можно переходом металло–полупроводник, так как эти переходы работают на основных зарядах, то у них отсутствует накопление и рассеивание избыточных зарядов. Их инерционность обусловлена барьерной емкостью перехода малой площади. В СВЧ диодах используются точечные контакты Me-полупроводник.

Основные свойства p-n-перехода, используемые в диодах:

1. Односторонняя проводимость.

2. Наличие лавинного и туннельного пробоя.

3. Барьерная емкость p-n-перехода.

4. Зависимость тока от излучения.

5. Излучательная рекомбинация.

По назначению диоды бывают выпрямительные, опорные, варикапы, импульсные, туннельные, обращенные, фотодиоды, светодиоды.

По материалу: из Si - кремния, Ge - германия, GaAs – арсенида галлия.

1.2 Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды служат для выпрямления переменного тока или напряжения и используются в источниках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Основные параметры выпрямительных диодов:

• постоянное прямое напряжение на диоде при заданном значении прямого тока через диод;

• постоянный прямой ток;

• величина обратного тока при заданном значении обратного напряжения;

• максимальное обратное напряжение;

• рабочий диапазон температур;

• максимальная частота, на которой еще не происходит ухудшение основных параметров;

• тепловое сопротивление переход-корпус и переход-среда;

• максимальная емкость диода;

• внутренне или дифференциальное сопротивление диода в рабочей точке R_∂= ∆U / ∆I;

• сопротивление постоянному току R₀ = U / I;

• коэффициент выпрямления К_ВЫПР = I_ПР/ I_ОБР = R_ОБР/ R_ПР.

Изготовление германиевых выпрямительных диодов начинается с вплавления индия в исходную полупроводниковую пластину германия n-типа. В свою очередь исходная пластина припаивается к стальному кристаллодержателю для маломощных диодов или к медному основанию в мощных выпрямительных диодах.

Вольтамперная характеристика германиевого диода при различных температурах окружающей среды изображена на рис. 1.2,а. С ростом температуры в значительной степени увеличивается обратный ток диода, что обусловлено ростом концентрации неосновных носителей, а величина пробивного напряжения уменьшается. ВАХ германиевого диода близка к характеристике идеального p-n-перехода, но при больших прямых токах из-за влияния сопротивления базы появляется омический участок.

а) б)

Рис. 1.2

Для получения p-n-переходов кремниевых выпрямительных диодов осуществляют вплавление алюминия в кристалл кремния n-типа или же сплава золота с сурьмой в кремний p-типа. Для получения переходов используют также диффузионные методы.

Вольтамперная характеристика выпрямительного кремниевого диода приведена на рис. 1.2,б. Она близка к ВАХ реального p-n-перехода.