РЕАЛЬНЫЙ (несимметричный) р-n переход

Если примесей в одной из областей на 2-3 порядка больше, то переход называется несимметричным.

ЭМИТТЕР - область с высокой концентрацией ОН.

БАЗА - область с низкой концентрацией ОН.

Запирающий слой располагается в основном в области базы (рис.7)

свойство односторонней прово­димости несимметричный р-n переход

2. Контрольные вопросы

2.1. Нарисуйте р-n переход при прямом включении, укажите направление внешнего и внутреннего поля, полярность источника питания.

2.2. Нарисуйте обратное включение р-n перехода, укажите направление внешнего и внутреннего электрического поля, полярность источника питания.

2.3. Как при прямом включении р-n перехода изме­няется: высота потенциального барьера, ширина запирающего слоя, сопротивление, прямой ток.

2.4. Укажите, как при обратном включении p-n пере­хода изменяются диффузионный ток (ОН), высота потенциального барьера, запирающий слой, сопротивление р-n перехода.

2.5. Нарисуйте ВАХ р-n перехода, укажите примерную величину прямого напряжения и область тепло­вого пробоя.

2.6. Как называются области несимметричного р-n перехода: область с большей концентрацией примеси, область с меньшей концентрацией?

Задание на СРС

3.1. Конспект «Пробой р-n перехода» [ОЛ6.2] стр.24

Задание на СРСП

4.1. Переход Шотки

Глоссарий

ЛЕКЦИЯ №3

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ (ППД)

1. Краткое содержание лекции

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с одним p-n переходом и двумя выводами. Диоды обладают свойством односторонней проводимости:

При прямом включении сопротивление диода становится малым и через него протекает большой ток, а при обратном включении сопротивление диода будет большим и через него протекает маленький ток.

1.1. Классификация диодов:

ППД - приборы с двумя выводами и одним р-п переходом подразделяются:

1 -выпрямительные; 5 -фотодиоды;

2 -стабилитроны; 6 -светодиоды;

3 -варикапы; 7 -диоды Шоттки и др.

4 -туннельные;

Выпрямительные диоды (низкочастотные) выпрямительные (силовые) диоды используются в целях для выпрямления больших токов низкой частоты. Выпрямительные диоды выполняются плоскостными.

Плоскостные диоды более мощные потому, что хорошо охлаждаются большей поверхностью перехода. В выпрямительных диодах используются односторонняя проводимость перехода (p-n переход пропускает только прямой ток).

1.2. Вольт-амперная характеристика диода (ВАХ) –зависимость протекающего тока через диод от приложенного напряжения. Она поясняет свойства выпрямительного диода – при подаче маленького, но прямого напряжения через диод протекает большой ток, а при подаче обратного, даже большого, ток протекает маленький.

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Диод, предназначенный для преобразования пе­ременного тока в постоянный. Его принцип действия основан на свойстве односторонней проводимости р-п перехода.

Рис.1. Выпрямительные диоды выполняются на основе Geи Si. Кремниевые диоды более температуростабильны.

Примеры маркировки

1.3. Схема однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 2.

Рис.2. Рис. 3

Периодически напряжение сети становится положительным (прямым) и через диод течет прямой ток, подзаряжающий конденсатор. При отрицательных полуволнах напряжение сети диод оказывается обратно включенным и ток не проходит. Конденсатор разряжается на нагрузку. Емкость конденсатора большая он разряжается медленно поэтому выпрямленное напряжение в нагрузке (U выпр.) и выпрямленный ток ( выпр.) почти постоянны. (См. рис.3.)

Для анализа работы полупровод­никового диода удобно пользоваться эквивалентной схемой. В общем слу­чае эквивалентная схема полупровод­никового диода имеет вид, показан­ный на рис.6.

На этой схеме: С_В — емкость между выводами; L_B —индуктив­ность зыводов; r_S— последователь­ное сопротивление областей полупроводникового кристалла и выводов диода; R_p-n - переменное сопротивление p-n-перехода; С_зар — переменная зарядная емкость; С_диф — переменная диффузионная емкость.

Рис.4. Рис. 5. ВАХ стабилитрона

Рис. 6 Структура плоскостных Рис. 7. СтруктураРис.8. Эквивалентная полупроводниковых диодов то­чечного диода (а). схема

после формовки (б)

Явление электрического пробоя, опасное для обычных диодов, находит полезное применение в кремниевых плоскостных диодах, получивших название кремниевых стабилитронов, или опорных диодов.

Задание на СРС

3.1. Конспект [ОЛ6.2] стр. 33-35 Параметры диодов.

Зарисовать ВАХ кремниевого и германиевого диодов [ОЛ6.2] стр. 34.

Задание на СРСП

4.1. Пояснить причины отличия ВАХ кремниевого и германиевого диодов.

4.2. Пояснить методику определения параметров полупроводниковых диодов

Глоссарий

ЛЕКЦИЯ №4

1. Краткое содержание лекции

ТУННЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Это ПП диод, в котором ТУННЕЛЬНЫЙ эффект при­водит к появлению на ВАХ при прямом напряжении участка с отрицательным дифференциальным сопро­тивлением.

Туннельный эффект-переход электронов ив зоны проводимости n-области в валентную зону p-об-ласти без изменения энергии.

Условия возникновения туннельного эффекта - высокая концентрация примесей (10¹⁸ – 10²⁰ см^-3 вырожденный ПП).

Следствием этого является:

· малая толщина перехода (на 2 порядка меньше -10^-2 мкм);

· перекрытие ЗП n -области с ВЗ р-области (за счет расширения соответствующих зон при рас­щеплении примесных уровней).

В ВЗ р-области и в ЗП n-области заняты нижние уровни – верхние уровни оказываются свободными.

На ВАХ туннельного диода (рис.1) имеем:

· участок О-В и В-Д Iтун при прямом напряжении;

· участок О-Ж Iтун при обратном напряжении (Uобр)

· участок Д-Е Iдиф при прямом напряжении;

· Участок В-Д обладает отрицательным дифферен­циальным сопротивлением

Применение: в переключающих цепях сверхвысокого быстро­действия;

в автогенераторах СВЧ (до 100 ГГц (рис.2);

усиление на СВЧ ( до I см – десятки ГГц).

Рис.1 Рис.2 Рис. 3. Простейшая схема

диодного ключа

ИМПУЛЬСНЫЕ ДИОДЫ

Импульсным полупроводниковым диодом называется полупроводни­ковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов, пред­назначенный для применения в импульсных режимах работы.

На рис. 3 приведена простейшая схема диодного ключа, работаю­щего на активную нагрузку. На диод подаются прямоугольные импуль­сы от генератора импульсов (рис. 4,а). Когда подается отрицатель­ный импульс, сопротивление диода высокое, ключ разомкнут, при по­ложительном импульсе сопротивление низкое, ключ замкнут.

Рассмотрим процессы, происходящие в диоде при его переключении с обратного напряжения на прямое и с прямого на обратное.

До момента времени t1 диод закрыт поданным на него обратным на­пряжением (рис. 4, а,б), поэтому через нагрузку и диод течет лишь обратный ток диода.

В момент времени t1 напряжение переключается с обратного на прямое. Так как сопротивление нагрузки обычно много больше сопротивления открытого диода, то можно считать, что в про­межутке времени между t1 и t3 через нагрузку и диод течет постоянный по величине ток Iпр (рис. 4,б), а напряжение на диоде .

При появлении прямого тока ин­жектированные дырки диффундируют в глубь базы, их концентрация по мере удаления от р-п-перехода уменьшается и через некоторое время в базе устанавливается распределение избыточных дырок.

Этот переходный процесс можно наблюдать на временной диаграмме прямого напряжения на диоде (рис.4, в).

Рис. 4. Временные диаграммы токов Рис. 5 а — зависимость зарядной

и напряжений емкости от напряжения смещения;

б и в — временные диаграммы в—эквивалентная схема варикапа

Интервал времени от начала импульса прямого тот до момента, когда прямое напряжение на диоде уменьшится до уровня 1,2 от уста­новившейся величины Uпр называется временем установления прямого напряжения диода и обозначается tyст.. Как известно, при ограниченной величине тока накопление заряда мгновенно произойти не может.

Накопление неравновесных носителей в приконтактных областях р-п-перехода связано с зарядом диффузионной емкости, а рассасыва­ние неравновесного заряда соответствует, разряду этой емкости. Сле­довательно, чем меньше Сдиф, тем быстрее (при прочих равных условиях) протекают переходные процессы в диоде. Для уменьшения диффузионной емкости диода необходимо уменьшить время жизни неравновесных носителей. Это достигается увеличением удельной проводимости области базы, а также легированием полупроводника базы золотом (или медью).

ВАРИКАПЫ

Варикап — это полупроводниковый диод, действие которого осно­вано на использовании зависимости емкости от обратного напряже­ния и который предназначен для применения в качестве элемента с элек­трически управляемой емкостью.

Принцип действия варикапа основан на свойстве зарядной емкости обратно смещенного р-п-перехода изменять свою величину в зависи­мости от приложенного к нему напряжения (рис. 5).

Варикапы широко используют в схемах автоматической подстрой­ки частоты, амплитудной и частотной модуляции, в схемах параметри­ческих усилителей и др. Варикапы, применяемом в диапазоне СВЧ в па­раметрических усилителях, называют параметрическими диодами.

2. Контрольные вопросы

2.1. Выпишите основные требования к импульсным диодам, назовите эффективный способ уменьшения времени жизни неравновесных носителей

2.2. Какой переход используется в диодах Шоттки? 14. Укажите основные параметры импульсного диода.

2.3. Назначение варикапа. Приведите ВАХ, прин­цип работы, схемное изображение.

2.4. Какой переход используется в ВЧ диодах?

Задание на СРС

3.1.Конспект «Основные справочные параметры ТД, ИД, варикапов» [ОЛ6.2] стр. 54-55, 38-39, 51-52.

Задание на СРСП

4.1. [ОЛ6.2] стр. 55, рис.3.19. Пояснить эквивалентную схему ТД.

Глоссарий

ЛЕКЦИЯ №5

Поиск по сайту: