Свойства полупроводникового диода

Как видно из ВАХ для малых значений напряжений в проводящем направлении проводящий ток равен нулю (I_пр=0), тогда напряжение U таково, что преодолевается потенциальный барьер, ток начинает возрастать, сначала незначительно, а затем почти линейно. При отрицательном напряжении U смещающем диод в обратном направлении существует относительно небольшой обратный ток I_обр, который увеличивается при увеличении температуры. Кроме ВАХ параметры диода определяются указанием сопротивлением рабочей точки. Сопротивление диода в рабочей точке называется статическое сопротивление или сопротивление постоянному току. Оно определяется как отношение напряжения на аноде диода к току, протекающему через диод в данной точке: .

Точечный диод – это полупроводниковый диод, который вместо плоской конструкции используется конструкция, состоящая из пластины полупроводника p или n типа, образующая один электрод и металлического проводника в виде острия, являющимся другим электродом.

При сплавлении острия с пластиной образуется микропереход. Падение напряжения в прямом направлении очень мало. Эти диоды применяются для выпрямления малых токов, увеличение частоты.

Диод Шотки – это полупроводниковый диод с переход металл полупроводник вместо p-n перехода. Проводимость диода основывается на протекании и основных носителей в отличие от p-n перехода, в которых ток в проводящем направлении возникает в связи с движением не основных носителей заряда. При направлении полупроводника n-типа основными носителями являются электроны, протекающие в слой металла. Диод Шотки имеет более крупную ВАХ.

1 – Диод Шотки

2 – Точечный диод.

Диоды Шотки применяются в детекторах и смесителя в диапазоне частот вплоть до 2000 ГГц.

Идеальный диод (график ниже):

Вверх – запирающее направление;

Вправо – проводящее направление.

Резкий излом при напряжении равно нулю (U=0). В прямом направлении диод имеет нулевое сопротивление, а в обратном – бесконечно большое.

Лучше свойства имеют диоды, у которых в качестве проводника – кремний.

Стабилитрон – это полупроводник, в котором стабилизация напряжения используется эффект Зенера. Обратный ток в диоде относительно большом интервале изменения напряжения не зависит от него. Однако при достаточно большом значении обратного напряжения ток диода начинает резко возрастать.

 обозначение стабилитрона.

Напряжение, зависящее от свойств перехода: ширины материала (концентрация примеси), составляет от нескольких до 1000 В и называется напряжением Зенеровского пробоя или напряжением стабилизации.

Причиной резкого увеличения тока является чрезмерное увеличение напряженности электрического поля в запирающем слое, которое вызывает два эффекта: запирающую и лавинообразную ионизацию.

Для узких переходов образующихся при сильном легировании при напряжении в несколько вольт напряженность электрического поля настолько велика, что возникает зенеровская ионизация, основанная на переходе электронов из валентной зоны материала p-типа и переносе их через барьер в зону проводимости в материал n-типа.

Лавинообразная ионизация имеет место в широких переходах при малом легировании и называется бомбардировкой атомов кристалла, ускоренными электронами, создающими обратный ток.

Столкновении электронов с атомами вызывает лавинный процесс образования новых зарядов, быстро увеличивается обратный ток.

Туннельный диод – это полупроводниковый диод, в котором благодаря использованию увеличения концентрации примесей, возникает очень узкий барьер и наблюдается туннельный переход заряда через p-n переход. Характеристика туннельного диода имеет отрицательное сопротивление, то есть область в которой положительное приращение напряжения соответствует отрицательному приращению тока. В таком диоде прохождение электрона через область барьера наблюдается при обратном смещении и даже при небольшом смещении проводящем напряжении и в котором имеет место максимальный ток. Дальнейшее увеличение напряжения смещения вызывает такое уменьшение электрического поля в барьере, что прохождение электрона через область барьера прекращается. Одновременно по мере роста напряжения увеличивается ток диода, смещенного в прямом направлении.

Туннельный эффект – значит электроны проходят не над потенциальным барьером, а под ним. Туннельный диод используется в качестве электронов с отрицательным сопротивлением.

Веракторный диод – это полупроводниковый диод p-n перехода, изготовленный по специальной метологии, в котором имеет место нелинейная зависимость емкости заряженного p-n перехода приложенного обратного напряжения U_обр.

ВАХ

Веракторные диоды называют также емкостными диодами или варикапами. Они находят применение как элементы, включаемые в резонансные контура, которые можно при этом перестраивать, изменяя напряжение на аноде. Такое решение частоты используют в радиоприемниках.

С радиоприемниками используют неудобный дорогостоящий конденсатор параллельной емкости поворотного типа.

p - i - n диоды – это полупроводниковый диод, соединяющий слой собственного полупроводника между областями p и n типа. Положительное смещение полупроводника p-типа по отношению к полупроводнику n-типа вызывает перемещение элементов из n области и одновременно дырок из p области в собственный полупроводник и сопротивление этой области уменьшается. При противоположном смещении из-за высокого сопротивления в области собственного полупроводника и большой ширины перехода (запирающего слоя) сопротивление велико. Эти диоды применяются в переключающихся устройствах как элементы с высокой скоростью переключения в технике СВЧ.

Полупроводниковый фотодиод

Это сверхчувствительный диод обычно с одним p-n переходом, работающий при смещении в обратном направлении под влиянием излучения, например, видимого света. Наступает изменение сопротивление диода, следовательно, изменение тока, протекающего во внешней цепи.

Внешнее излучение вызывает увеличение количества основных и не основных носителей заряда и уменьшение сопротивления. Это эквивалентно увеличению обратного тока диода.

Это диод, светящийся под влиянием подведенной извне энергии. Интенсивность свечения зависит от подводимого тока. Существуют вакуумные, газонаполненные и полупроводниковые диоды. Особенно широкое применение находят полупроводниковые, работающие при малых напряжениях (2 В) и токов (10…20 мА), при этом их отличает высокая надежность и большой срок службы. Существует также многосегментные электрические фото диоды. Например, из фосфида гелия, используемые в качестве шифровых индикаторов. Они нашли широкое применение в калькуляторах, в электронных часах. Эти диоды называются светодиодами.

16.06.2020

Транзисторы

Это полупроводниковый диод с тремя электродами, которые обладают свойством усиления электрического сигнала по принципу работы транзисторы делятся на: биполярные, униполярные (полевые), а по технологии изготовления на плоскостные (с p-n переходом) и точечные.

Биполярные, плоскостные могут быть дрейфовые, диффузионные, планарные, сплавные, мезо; с точки зрения используемого материала: германиевые, кремниевые, галлиевые. Транзистор – это активный элемент и в электронных схемах он заменяет электровакуумные приборы (электронные лампы). Преимущество транзистора перед электронными лампами – малые габариты, большой срок службы, большая надежность, высокая устойчивость к механическим ударам, отсутствие напряжения начала. Недостатки – ограниченная мощность, рабочее напряжение, большая чувствительность изменению температуры. Маленький диапазон рабочих температур. Малая стойкость к коротким замыканиям и искренениям.