Імпульсні діоди. Діоди Шотткі

Імпульсний діод – це напівпровідниковий діод, який має малу тривалість перехідних процесів і призначений для використання в імпульсних режимах роботи. Основне призначення імпульсних діодів – роботи в якості ключів, тобто пристроїв , що можуть знаходитися в одному з двох станів: «ввімкнено» (опір приладу дуже малий) та «вимкнено» (опір приладу дуже великий ). Крім того, імпульсні діоди широко використовують в радіоелектроніці для детектування високо частотних сигналів та інших цілей.

Імпульсні діоди мають ряд конструктивно технологічних особливостей, які забезпечують імпульсний режим роботи. Є два фактори , які визначають інерційність діодів. Це - бар'єрна ємність та накопичений заряд носіїв поблизу p-n переходу. Основними ознаками, що вирізняють імпульсні діоди, є мала площа електричного переходу та тривалість життя нерівноважних носіїв заряду в базі.

Виділяють імпульсні діоди з p-n переходом (точкові, сплавні, мікросплавні, дифузійні та ін. ) і з бар'єром Шотткі. Для виготовлення діодів використовують германій, кремній і арсенід галію. Промисловість випускає також набір діодів та діодні матриці. Це інтегровані в одному корпусі та кристалі імпульсні діоди з окремими або з'єднаними за заданою електричною схемами виводами.

На рис.27, а приведена проста схема ввімкнених імпульсного діода.

Рис.27. Схема ввімкнення (а,б) і осцилограми вхідної напруги та струму імпульсного діода.

В проміжок часу від о до p-n перехід закритий і через нього протікає зворотний струм насичення (рис.27,в). Під час подачі на діод прямої напруги (момент ) p-n перехід відкривається, але струм через нього і через досягне свого максимального значення, тобто усталеного , не миттєво, а за час , який необхідний для заряду бар'єрної ємності p-n переходу. (рис.1,8). В момент часу p-n перехід майже миттєво закривається. Область p-n переходу стає насиченою неосновними носіями зарядів, тобто електронами. Електрони, що не встигли рекомбінувати, під дією поля закритого p-n переходу повертаються в n- область, за рахунок чого сильно зростає зворотний струм ( рис.27,б ). Через деякий час усі електрони покидають р- область через p-n перехід або рекомбінують, в наслідок чого зворотний струм зменшується до стаціонарного значення струму насичення . Водночас відновлюється зворотний опір діода.

В імпульсних діодах тривалість відновлення і встановлення повинні бути мінімальними. З цією метою в цих діодах товщину бази роблять мінімальною, а напівпровідник легують золотом для збільшення рухливості електронів.

Основні параметри імпульсних діодів:

Час відновлення зворотного опору - інтервал часу від моменту проходження струм через нуль після перемикання діода із заданого прямого струму в стан заданої напруги до моменту досягнення зворотним струмом заданого низького значення.

Заряд перемикання - частина накопиченого заряду, який витікає у зовнішнє коло при зміні напряму струм з прямого на зворотній.

Загальна ємність - ємність, виміряна між виводми діода при заданих напрузі зміщення і частоті.

Імпульсна пряма напруга - пікове значення прямої напруги на діоді при заданому імпульсі прямого струму.

Імпульсний прямий струм - пікове значення імпульса прямого струму при задані тривалості, шпаруватості і формі.

Діоди Шотткі. Діод Шотткі – це напівпровідниковий діод, випрямні властивості якого грунтуються на використанні випрямного електричного переходу між металом та напівпровідником.

Як відомо, за умови відповідного співвідношення робіт виходу металу та напівпровідника можна на контакті метал-напівпровідник сформувати випрямний перехід Шотткі.

На рис.28 ,приведено будову діода Шотткі.

Рис.28. Будова діода Шотткі (а) та умовно – графічне позначення (б)

Для виготовлення діодів Шотткі використовують напівпровідники (кремній,арсенід галію) з електропровідністю n- типу, в яких рухливість електронів більша від рухливості дірок. Із цієї причини більшою мусить бути концентрація домішок у кристалі напівпровідника.

Основна частина кристала – підкладка товщиною 0,2 мм – має велику концентрацію домішок і малий питомий опір. На ньому методом епітаксійного нарощування формують тонкий монокристалічний шар (товщиною декілька мікрометрів) того самого напівпровідника з концентрацією домішок значно меншою, ніж концентрація донорів у підкладці.

Важливою особливістю переходу Шотткі в порівнянні з р-n переходом являється відсутність інжекції неосновних носіїв заряду. Ці переходи працюють тільки на основних носіях. А тому в діодах Шотткі відсутня дифузійна ємність. Відсутність дифузійної ємності суттєво підвищує швидкодію діодів в режимі перемикання. Не менш важливою особливістю діодів Шотткі являється значно малий спад напруги у разі прямого вмикання в порівнянні з напругою на p-n переході (рис.29)

Рис.29. ВАХ діода Шотткі і діода на p-n переході

Перехід Шотткі широко використовують для виготовлення інтегральних схем, зокрема, в ІМС транзисторно – транзисторної логіки з бар'єром Шотткі, що дозволено суттєво підвищити швидкодію.

Промисловість випускає арсенід – галієві імпульсні діоди Шотткі, які використовуються в імпульсних схемах піко – та наносекундного діапазонів. Загальна ємність випрямних переходів в них не перевищує 1 пф.

Тунельні діоди

Тунельний діод – це напівпровідниковий діод на основі виродженого напівпровідника, в якому тунельний ефект приводить до виникнення на вольт-амперній характеристиці при прямій напрузі ділянки з від’ємним диференціальним опором.

На відміну від всіх інших напівпровідникових діодів для виготовлення тунельних діодів використовують напівпровідникові матеріали з дуже високою концентрацією домішок (10⁸…10²⁰ см^-3). В якості напівпровідникових матеріалів для виготовлення тунельних діодів використовується германій, арсеній і антимонід галію. Найбільш широке використання отримали германієві тунельні діоди.

Властивості тунельного діоду визначається формою його вольт-амперної характеристики, для зняття якої може бути використана схема, приведена на рис.30,а.

Рис.30. Схема ввімкнення (а) і ВАХ тунельного діода

Як і в звичайному напівпровідниковому діоді, коли не має зовнішньої напруги існує перехід (тунелювання) електронів із n- області вp – область і навпаки. Зустрічні потоки електронів одинакові, тому сумарний струм рівний нулеві.

Така рівновага зберігається доти, поки ми будь-яким способом не зменшимо одну з складових струму. Найпростіше це зробити з допомогою джерела зовнішньої напруги. Справді, з підвищенням прямої напруги, прикладеної до p-n переходу, потік електронів з n – області в p – область зростатиме, а з p у n – зменшується. Внаслідок цього прямий струм збільшується і при деякій напрузі U_п досягне максимального (пікового) значення І_п (точка А на рис 1 б). Якщо ж змінити полярність джерела, то потік електронів з області p в область n зростатиме, а з області n в область p – зменшуватиметься. Тому результуючий струм змінить свій напрям і в міру підвищення зворотної напруги лінійно зростатиме.

Отже, однобічної провідності тунельний діод не має. Основна особливість воль-амперної характеристики тунельного діода полягає в тому, що при подачі прямої напруги , яка перевищує U_п, прямий струм починає досить різко зменшуватися до деякого мінімального значення І_в. Наявність спадаючої ділянки характеристики (АБ) можна пояснити так. Підвищення прямої напруги, з одного боку , призводить до підвищення тунельного струму , а з другого – до зменшення напруженості електричного поля в p-n переході . Тому при деякому значенні прямої напруги U_в тунельний ефект зникає, а тунельний діод набуває властивостей звичайного напівпровідникового діода. При подальшому підвищенню прямої напруги вольт-амперна характеристика тунельного діода збігається з ВАХ звичайного діода.

Таким чином, тунельний діод має від’ємний диференціальний опір в деякому діапазоні напруг (від U_п до U_в). Це і являється основною властивістю тунельного діода, так, як будь-який прилад з від’ємним диференціальним опором може бути використаний для генерації і підсилення електромагнітних хвиль , а також в перемикаючих схемах.

Тунельні діоди характеризуються специфічними параметрами:

1. Піковий струм І_п – прямий струм в точці мінімуму ВАХ, при якому di/du рівно нулеві.

2. Струм впадини І_в – прямий струм в точці мінімуму ВАХ, при якому di/du рівно нулеві.

3. Напруга піку U_п - пряма напруга, що відповідає піковому струмові.

4. Напруга впадини U_в – пряма напруга, що відповідає мінімальному струмові.

5. Напруга розчеплення U_рр – пряма напруга на другій наростаючій вітці при струмові, рівному піковому.

6. Ємність діода С_д – сумарна ємність p-n переходу і корпусу діода при заданій напрузі зміщення.

Поиск по сайту: