Полупроводниковые диоды
advertisement
Полупроводниковые диоды НА ОСНОВЕ P-N ПЕРЕХОДОВ И БАРЬЕРОВ ШОТТКИ ВЫПОЛНИЛИ СТУДЕНТЫ ГРУППЫ 21306 ВАРШУКОВ А.Г. НИФАЕВ Г. С. Полупроводниковый диод Полупроводниковым диодом называют нелинейный электронный прибор с двумя выводами. Виды полупроводниковых диодов В зависимости от внутренней структуры, типа, количества и уровня легирования внутренних элементов диода и ВАХ различают : 1) Диод Шоттки 2) Стабилитроны 3) Выпрямительные диоды 4) Варикапы 5) Обращенные диоды 6) Туннельные диоды Барьер Шоттки Рассмотрим контакт металл– полупроводник (на примере контакта Au-Si n-типа) при условии ФМе Фп/п ; jMe jп/п Зонная диаграмма при различных значениях напряжения VG на затворе: а) VG = 0; б) VG > 0, прямое смещение; в) VG < 0, обратное смещение Барьер Шоттки ; Вольт-амперная характеристика барьера Шоттки В условиях равновесия VG = 0 ток из полупроводника в металл уравновешивается током из металла в полупроводник . При приложении напряжения этот баланс нарушается и общий ток будет равен сумме этих токов. J J n / nМ J M n / n 1 qns 0 (e VG 1) 4 Диод Шоттки Диод Шоттки— полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Диоды на основе барьера Шоттки являются быстродействующими приборами, так как в них отсутствуют рекомбинационные и диффузионные процессы. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. В силовой электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. p-n переход Электронно-дырочным, или p-n переходом, называют контакт двух полупроводников одного вида с различными типами проводимости (электронным и дырочным). ВАХ p-n перехода имеет вид: J J s (e VG 1) Плотность тока насыщения Js равна: Js qDn np0 Ln qDp p n0 Lp qLn np0 n qLp p n0 p p-n переходы прямое смещение JnD – диффузионная компонента электронного тока JnD – диффузионная компонента дырочного тока Jрек – рекомбинационный ток p-n переходы обратное смещение JnE – дрейфовая компонента электронного тока JpE – дрейфовая компонента дырочного тока Jген – генерационный ток Выпрямительные диоды Основа – электроннодырочный переход ВАХ имеет ярко выраженную нелинейность Выпрямительные диоды Выпрямление в диоде происходит при больших амплитудных значениях Uвх >0,1 В |Vg|>> kT/q VG, B 0,01 K, отн. ед. 1,0 0,025 0,1 0,25 1 1,1 55 2,3·104 2,8·1020 J e VG 1 K VG J e 1 Учтем, что величина -1 при комнатной температуре составляет -1 = 0,025 В. Характеристическое сопротивление Дифференциальное сопротивление: 1 dU dI kT / q rD dI dU I Is Сопротивление по постоянному току: 1 U I U RD I U I 0 e U 1 На прямом участке ВАХ сопротивление по постоянному току больше, чем дифференциальное сопротивление RD > rD, а на обратном участке – меньше RD < rD. Вблизи нулевого значения VG << kT/q kT 1 RD rD q I0 Эквивалентная малосигнальная схема диода для низких частот rоб – омическое сопротивление базы диода rд – дифференциальное сопротивление Сд – диффузионная ёмкость Сб – барьерная ёмкость Варикап Варикап – это полупроводниковый диод реализующий зависимость барьерной емкости от напряжения обратного смещения. Максимальное значение емкости варикап имеет при VG=0 Емкость варикапа определяется шириной обедненной зоны. В случае однородного легирования Стабилитрон Стабилитроном называется полупроводниковый диод, вольт-амперная характеристика которого имеет область резкой зависимости тока от напряжения на обратном участке вольт-амперной характеристики. Основное назначение – стабилизация напряжения на нагрузке при изменяющимся напряжении во внешней цепи При U<Uстаб Rдиф→0 Стабилитрон также называют опорным диодом Два механизма: лавинный пробой; туннельный пробой Туннельный диод Туннельным диодом называют полупроводниковый диод на основе p+-n+ перехода с сильнолегированными областями, на прямом участке вольт-амперной характеристики которого наблюдается N-образная зависимость тока от напряжения. Туннельный диод Один из методов применения туннельного диода: в качестве активного нелинейного элемента в схемах генераторов колебаний. Обращённый диод Обращенный диод – это туннельный диод без участка с ОДС. Высокая нелинейность ВАХ при малых напряжениях вблизи нуля позволяет использовать этот диод для детектирования слабых сигналов в СВЧ-диапазоне. ВАХ такого диода при обратном смещении такая же, как и у туннельного. Используемые ресурсы «Твердотельная электроника», В. А. Гуртов http://dssp.karelia.ru/vgurt/moel2/flash.htm flash-анимации по микрооптоэлектронике БЛАГОДАРИМ за ВНИМАНИЕ !
