2.10. Емкостные свойства p–n перехода
Наличие в р–n переходе ионов примесей и подвижных носителей заряда, находящихся вблизи границы перехода, обуславливает его емкостные свойства (рис. 2.9).
И
меются
две составляющие емкости р–n перехода:
барьерная (зарядная)
и диффузионная
.
Барьерная емкость обусловлена наличием
в р–n переходе
ионов донорной и акцепторной примесей,
р– и n–
области образуют как бы две заряженные
обкладки конденсатора, а сам обедненный
слой служит диэлектриком. В общем случае
зависимость зарядной емкости от
приложенного к р–n переходу
обратного напряжения выражается формулой
, (2.24)
где 
–
емкость р–n перехода
при
,
лежит в пределах
300…600 пФ;
–
коэффициент,
зависящий от типа р–n перехода
(для резких р–n переходов = 1/2,
а для плавных = 1/3).
Из выражения (2.24) видно, что с увеличением обратного напряжения барьерная емкость уменьшается. То есть, при увеличении обратного напряжения толщина обедненного слоя р–n перехода возрастает, обкладки конденсатора как бы раздвигаются, и емкость его падает. Это свойство барьерной емкости позволяет использовать переход как емкость, управляемую величиной обратного напряжения.
Зависимость
емкости от приложенного напряжения
называется вольт-фарадной характеристикой.
Характер зависимости
показан на рис. 2.10,
где кривая 1
соответствует плавному р–n переходу,
кривая 2 –
резкому р–n переходу.
Диффузионная емкость обусловлена изменением числа неравновесных носителей заряда в базе при возрастании прямого напряжения на переходе (кривая 3 на рис. 2.10)
, (2.25)
где Iпр – прямой ток, протекающий через переход; – время жизни инжектированных носителей.
П
ри
переходе в область прямых напряжений
возрастает не только барьерная емкость,
но и емкость, обусловленная накоплением
неравновесного заряда в р– и n–областях
перехода.
Накопленные носители в р– и n–областях быстро рекомбинируют, следовательно диффузионная емкость уменьшается во времени. Скорость спада зависит от времени жизни неравновесных носителей заряда. Диффузионная емкость всегда зашунтирована малым прямым сопротивлением р–n перехода и во многом определяет быстродействие полупроводниковых элементов.
2.11. Полупроводниковые диоды
Полупроводниковым диодом называют электропреобразовательный прибор, содержащий один или несколько переходов и два вывода для подключения к внешней цепи. Принцип работы большинства диодов основан на использовании физических явления в переходе. В диодах применяются электронно–дырочный переход, контакт металл–полупроводник, гетеропереход.
Полупроводниковый диод как элемент электрической цепи является нелинейным двухполюсником: имеет два вывода и нелинейную ВАХ.
Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных р–n переходов. Низкоомная область диодов называется эмиттером, а высокоомная – базой.
Полупроводниковые диоды классифицируются: по роду исходного материала, конструкторско–технологическим особенностям, назначению и др.
По типу исходного материала диоды бывают: германиевые, кремниевые, селеновые, карбид–кремниевые, арсенид–галлиевые и др.
По конструкторско–технологическим особенностям диоды бывают: точечные, сплавные, микросплавные, диффузионные, эпитаксиальные, с барьером Шоттки, поликристаллические и др.
По назначению диоды делятся на:
1. Выпрямительные (силовые), предназначенные для преобразования переменного напряжения источников питания промышленной частоты в постоянное.
2. Стабилитроны (опорные диоды), предназначенные для стабилизации напряжений, имеющие на обратной ветви ВАХ участок со слабой зависимостью напряжения от протекающего тока.
3. Варикапы, предназначенные для использования в качестве емкости, управляемой электрическим напряжением.
4. Импульсные диоды, предназначенные для работы в быстродействующих импульсных схемах.
5. Туннельные и обращенные диоды, предназначенные для усиления, генерирования и переключения высокочастотных колебаний.
6. Сверхвысокочастотные, предназначенные для преобразования, переключения, генерирования сверхвысокочастотных колебаний.
7. Светодиоды, предназначенные для преобразования электрического сигнала в световую энергию.
8. Фотодиоды, предназначенные для преобразования световой энергии в электрический сигнал.