Методическое указание по полупроводникам и диодам

где n – коэффициентнеидеальностиВАХ; IB – обратный ток пробоя. Обратный ток пробоя определяется формулой

Зависимость барьерной емкости (обусловленной наличием обедненного слоя диода) от напряжения на переходе – вольт-фарадная характеристика (ВФХ) – описывается выражением

максимальное значение барьерной емкости (при U = 0 ); γ – коэффициент, зависящий от распределения концентрации легирующей примеси в переходе (для резкого перехода γ=1/2, для плавного перехода γ=1/3). В (1.4.44) напряжение на переходе берется по модулю, поскольку барьерная емкость зависит от обратного напряжения U < 0 .

Диффузионная емкость, отражающая процессы накопления носителей

заряда в p- и n-областях диода, определяется по формуле

где ttr – время пролета носителей заряда через диод или время жизни

неосновных носителей заряда в базе диода. Базой называется менее легированная из двух областей полупроводниковой структуры диода.

Важной задачей, которую должен уметь решать инженер, является алгоритм определения параметров модели диода по его справочным данным.

Алгоритм определения основных параметров математической модели диода IS , n , rS , U j и γ по его ВАХ и ВФХ рассмотрим на примере

СВЧ диода с барьером Шоттки BAT54W фирмы Philips Semiconductors. График прямой ветви ВАХ диода в полулогарифмическом масштабе

показан на рис. 1.50 сплошной линией. Из-за падения напряжения на последовательном сопротивлении rS связь между током диода I и

напряжением на его зажимах UD (см. рис. 1.49) описывается следующим выражением:

При низком уровне тока падением напряжения на сопротивлении rS можно пренебречь, а уравнение (1.4.46) можно упростить:

Прологарифмировав правую и левую части (1.4.47), можно получить выражение

из которого следует, что графиком функции log10 (I) в полулогарифмическом

q

масштабе является прямая c наклоном n k T ln(10), пересекающая осью

ординат в точке log10 (IS ). На рис. 1.50 график выражения (1.4.48) показан

штриховой линией.

Таким образом, чтобы определить значения коэффициента неидеальности ВАХ n и обратного тока насыщения IS , необходимо

провести прямую, аппроксимирующую ВАХ диода при низких уровнях тока, определить тангенс ее угла наклона и точку пересечения с осью ординат.

Изменению тока диода от значения I = 0,01 мА до значения I = 0,1 мА

При изменении напряжения на ∆U1 = 0,05В: n ≈16,784328 0,05 ≈ 0,84 .

Обратный ток насыщения определяется по величине тока в точке пересечения прямой, аппроксимирующей ВАХ при низких уровнях тока, с

осью ординат. Из рис. 1.50 определяем значение IS ≈1×10−7 А.

Параметры U j и γ зависят от технологии изготовления диода и типа

перехода и могут быть определены с использованием двух точек на кривой ВФХ, которые соответствуют большим обратным напряжениям. ВФХ описывается выражением (1.4.44), а график ее показан на рис. 1.51.

C,Ф

C1

U ,В

Рис. 1.20

При больших обратных напряжениях на диоде выражение в скобках можно упростить:

тогда из выражения (1.4.44) следует, что

где C1 и C2 – емкости при обратных напряжениях U1 и U2 соответственно (см. рис. 1.51). Тогда

Послеопределения γ , U j можетбытьнайденосиспользованиемформулы

Типовые значения падения напряжения на прямосмещенном диоде и обратного тока диода

Кремниевый диод (Si): U frw = 0,5K0,7 В при I frw =10мА;

IS =10−9 K10−7 А.

Германиевый диод (Ge): U frw = 0,1K0,3В при I frw =10мА;

IS =10−6 K10−5 А.

Разновидности полупроводниковых диодов

Выпрямительный диод предназначен для преобразования переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение.

Импульсный диод имеет малую длительность переходных процессов и используется в импульсных режимах работы.

Стабилитрон – диод, напряжение на котором сохраняется с определённой точностью при протекании через него тока в заданном диапазоне, и предназначенный для стабилизации напряжения.

Варикап – диод, действие которого основано на зависимости ёмкости от обратного напряжения, и используется в качестве элемента с электрически управляемой ёмкостью.

Сверхвысокочастотный (СВЧ) диод служит для преобразования и обработки СВЧ сигналов.

Туннельный и обращённый диод – диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на ВАХ области с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Светодиод (светоизлучающий диод) – диод, излучающий энергию в видимой области спектра в результате рекомбинации электронов и дырок.

Фотодиоды – диод, действие которого основано на зависимости обратного тока диода от освещённости p-n перехода.