Полупроводниковые диоды

1. Устройство полупроводниковых диодов

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним р-п переходом и двумя выводами. Структура полупроводникового диода и его условное графическое обозна­чение показаны на рис. 1.12.

Полупроводниковые диоды нашли широкое применение в раз­личных областях полупроводниковой техники. Промышленность выпускает разные типы полупроводниковых диодов: выпрями­тельные, детекторные, сверхвысокочастотные, туннельные и дру­гие, а также полупроводниковые стабилитроны и варикапы.

пр

Рис. 1.13. Схематическое устрой­ство плоскостного (а) и точеч­ного (б) диодов

&

Рис. 1.12. Упрощенная структура (а) и условное графическое обозначение по­лупроводникового диода (б)

Ч ^р I ⁿ_h

По конструкции полупроводниковые диоды разделяют на плос­костные и точечные. Плоскостные диоды имеют плоскостной переход, у которого линейные размеры, определяющие его пло­щадь, значительно больше ширины / (рис. 1.13,а). У точечных диодов линейные размеры площади р-п перехода очень малы и соизмеримы с его шириной. Точечный р-п переход создается около контакта острия металлической пружины с полупровод­никовым кристаллом n-типа (рис. 1.13,6).

Точечные диоды имеют малую емкость р-п перехода благо­даря его небольшим размерам. Они могут работать в диапазоне высоких и сверхвысоких частот, но допускают только малые токи и небольшие обратные напряжения. Эти диоды находят приме­нение в маломощных высокочастотных устройствах, в частности, для детектирования радиосигналов.

Наибольшее распространение получили плоскостные диоды. Они используются как выпрямительные для преобразования пере­менного тока в постоянный, как стабилитроны — для стабилиза­ции выпрямленного напряжения, а также для других целей.

Двухслойные структуры с плоскостным р-п переходом созда-

.

ются чаще всего по сплавной или диффузионной технологии. При изготовлении германиевого диода методом сплавления в пластину германия n-типа вплавляется таблетка индия (рис. 1.14,а). В процессе термической обработки атомы индия проникают в германий, создавая тонкий слой p-типа. Концентрация акцеп­торной примеси в p-области значительно превышает концентра­цию донорной примеси в n-области, т. е. получается несиммет­ричный р-п переход. В таком диоде прямой ток создается в ос­новном инжекцией дырок из p-области в n-область: р-область является эмиттером, а n-область — базой.

Методом сплавления может быть изготовлен и кремниевый диод. В этом случае основным материалом является кремний

		1 Г
. KlS		р
n		п

Ge

Рис. 1.14. Структура полупроводнико- | | вых диодов, изготовленных методами

0 б сплавления (а) и диффузии (б)

n-типа, а для получения акцепторной примеси используется таб­летка алюминия.

Прямой ток протекает внутри диода от p-области к п-области. Выводы, соединяющие эти области с внешней электрической цепью, выполняют из металлов, создающих с полупроводником омический, т. е. невыпрямляющий, контакт. Вывод, от которого прямой ток течет во внешнюю электрическую цепь, называют катодным (К), а вывод, к которому прямой ток течет из внеш­ней цепи, — анодным (А).

При диффузионной технологии, наиболее широко применяе­мой для изготовления кремниевых диодов, особенно средней и большей мощности, основой служит также пластина кремния n-типа (рис. 1.14,6). В технологическом процессе через поверх­ность такой пластины при высокой температуре осуществляют диффузию атомов акцепторной примеси — алюминия или бора, который может находиться в твердом, жидком или газообраз­ном состоянии. Омические контакты для выводов создают напы­лением алюминия в вакууме. Полученную двухслойную полупро­водниковую структуру в виде кристалла с двумя областями — электронной и дырочной — укрепляют на кристаллодержателе и помещают в герметический корпус, защищающий кристалл от внешних воздействий. Внешние выводы электродов соединяются с внутренними выводами от областей, которые изолируются от корпуса стеклянными изоляторами.