Наоснові використаннявластивостей р-n-переходув данийчас створенобезлічрізнихтипів напівпровідниковихдіодів.
Випрямнідіоди призначенідля перетвореннязмінногоструму в постійний.Їх основніпараметри: Іпрmax-максимальнийпрямий струм;Vпр - падіннянапругина діоді припрямому зміщенніі заданомуструмі; Iобр-токчерез діод призворотному зміщенняі заданомунапрузі;Vобр max - максимальнезворотна напруга;f-діапазон частот,в якомувипрямленийструм не знижуєтьсяменше заданогорівня.
Завеличинівипрямленоїструму випрямнідіоди малої (Іпр10 А) і великий(Іпр> 10A) потужності.Для створеннявипрямнихдіодів застосовуютьсяплощинніp-n-переходи,отриманісплавленнямі дифузією.Високі значенняІпр забезпечуютьсявикористаннямp-n-переходів звеликою площею.
Великізначення Vобрmax досягаютьсявикористаннямв якостібази діодаматеріалу звисокою питомоюопором.Найбільшізначення Vобрmax можуть бутиотримані привикористанніp-i-n-діода, такширина областіоб'ємногозаряду в ньомунайбільша,а отже,найбільшуі значеннянапругапробою. Так якзі зміноютемпературиVобр max змінюється,то його значеннядається дляпевноїтемператури(Зазвичай кімнатну).
Привеликих Iпр вдіоді, внаслідокпадіння напругина ньому, виділяєтьсятепло. Томувипрямнідіоди відрізняютьсявід рештитипів діодіввеликими розмірамикорпусу та зовнішніхвисновків дляполіпшеннятепловідводу.
Випрямнідіоди виготовляютьв данийчас в основномуз кремнію ігерманію. Кремнієвідіоди дозволяютьотримувати високізворотні напругипробою, такяк удільнеопірвласногокремнію (p 10 Омсм) багато більшепитомоїопорувласногогерманію (p 50 Омсм). Крім цього,кремнієвідіоди виявляютьсяпрацездатнимив більшому інтервалітемператур(-60 ... +125 С), оскількиширина забороненоїзони в кремнії (1,12еВ) більше, ніжв германії (0,72еВ), а отже,зворотний струмменше (1, 46).
Германієвогодіоди працездатнів меншому інтервалітемператур (-60.. . +85 C), однак їхвигідніше застос
овуватипри випрямленнінизьких напруг,так як Vпр длягерманієвихдіодів (0, 3 ... 0, 8 B)менше, ніждля кремнієвих (до1, 2В). Отже,менше будеі потужність,рассеиваемаявсередині германієвогодіода.
Напівпровідниковідіоди, на вольт-амперноїхарактеристиціяких єділянка зіслабкою залежністюнапругивід струму, називаютьсястабилитронами.Таким ділянкоює ділянкапробою p-n-переходу.Для виготовленнястабілітроніввикористовуютькремній, такяк зворотнийток кремнієвихдіодів, у порівнянніз германієвими,менше залежатьвід температури,а отже,ймовірністьтепловогопробою в нихменше і напругана ділянціпробою (лавинногоабо тунельного) майжене змінюєтьсязі зміноюструму.
Основніпараметристабілітронів: Vст-напругастабілізації;Iст min-мінімальнийток, з якогопочинаєтьсястабілізаціянапруги;Rд = dV/dI-диференціальнеопір(В робочій точці);Rстат = V/I-статичнеопір(В робочійточці); Q = Rд/Rстат-коефіцієнтякості;ТНК = (1/Vст) (dVст/dT)-температурнийкоефіцієнтнапругистабілізації.
Стабілітронивиготовляютьсяз різнимизначеннямиVст, від 3 до 200 В.
Длядіодів з Vст> 7Вширина p-n-переходудостатньовелика і механізмпробою лавинний.Зі зростанням температуризворотний струмдіода збільшується,так-же збільшуєтьсяі напругапробою. Цеобумовленотим, що тепловерозсіюваннязбільшується,довжина вільногопробігу носіївзменшуєтьсяі до p-n-переходувимагаєтьсядокластибільша напруга,щоб носіїзаряду на більшійшляху (рівномудовжині вільногопробігу) набраликінетичнуенергію, достатнюдля іонізації.
Вдіодах з Vст <7Вширина p-n-переходумала і порядз лавинниммеханізмомдіє ітунельний.
Конструктивностабілітронивиготовляютьсяподібно випрямнимдиодам, і їхможна використовуватизамість діодів.
ІмпульсніДіоди
імпульсногоназиваютьсядіоди, якіможуть працюватиз часомперемикання1 мкс і менше.Високочастотнимивипрямнідіоди, призначенідля роботи начастотах до150 МГц і вище.
Великевплив нахарактеристикиp-n-переходу нависоких частотахнадаєзарядна ємність.Її впливпроявляєтьсяв шунтуванніp-n-переходу нависоких частотахі погіршеннівипрямляючихвластивостей. Вімпульснихдіодах наявністьзарядної ємностіпризводить доспотворенняформи імпульсу.Тому імпульсніі високочастотнідіоди характеризуютьсяяк малим значеннямдифузійноїємності такі малим значеннямзарядної ємності.Мале значеннязарядної ємностідосягаєтьсязменшеннямплощі p-n-переходу.Тому основнаконструктивназавдання полягаєв зменшенніплощі p-n-переходу.
Длявиготовленняімпульснихі високочастотнихдіодів використовуютьгерманій ікремній. Перевагоюдіодів з германіює малезначення падіннянапругина діоді припрямому зсуві,що істотнопри роботідіодів прималих сигналах.
Являєінтерес створенняімпульснихі високочастотнихдіодів на основігетеропереходівз одним типомпровідності,наприклад, n1-n2.
Якщоробота виходуелектронівз широкозонногонапівпровідникаменше, ніж звузькозонних,то енергетичнадіаграмаn1-n2гетеропереходаможе бутипредставленау вигляді (Мал. 1)
Рис.1
Приподачі напругина гетероперехід,наприкладпозитивногона n2, а негативногона n1-напівпровідник,електрони зn1-напівпровідниказможуть переходитив n2-напівпровідник.Через гетероперехідпротікає струм,і таку полярністьзовнішньої напругиможна назватипрямий.
Призворотному зміщенняелектрони зn2-напівпровідникабудуть скочуватисяв потенційнуяму перед переходом,пройти якийвони не можуть,так як передними знаходитьсяпотенційнийбар'єр. Зворотнийструм можеутворитисятільки за рахуноктунельногопереходу електронівз n2-напівпровідникачерез потенційнийбар'єр і зарахунок переходудірок з n1-вn2-напівпровідник.Для його зменшенняперший напівпровідникповинен бутидостатньосильно легований,щоб концентраціянеосновнихносіїв буламала, а ширинапереходу повиннабути достатньовеликий, щобелектрони зn2-напівпровідникане змоглитуннелироватьчерез потенційнийбар'єр.
ДіодиШотткі
Длястворення діодівШотткі використовуєтьсяконтактметал-напівпровідник.Діоди Шоттківідрізняютьсятим, що їх роботазаснована наперенесення основнихносіїв. Припрямому зміщенніелектрони знапівпровідникапереходять вметал. Їх енергіяна більше енергіїелектронівв металі. Електрониз напівпровідникашвидко (приблизноза 10 с) втрачаютьна соударенияхсвою надлишковуенергію і неможуть повернутисяв напівпровідник.У діодах Шотткіне відбуваєтьсянакопиченнязаряду неосновнихносіїв(Обуславливающеезниженняшвидкодіїp-n-переходу),тому вониособливоперспективнідля використанняв якостінадшвидкодіючихімпульснихі високочастотнихдіодів. Типовечас відновленнязворотногоопорудіода Шотткина основі, наприкладAu-Si, порядку 10 псі менше.
Фотодіоди
Якщоподати на діодзворотне зміщення,він може використовуватисяв якостіфотоприймача,струм якогозалежить відосвітлення. Придостатньовеликих зворотнихнапругахвольт-ампернахарактеристика(Рис. 2) запишетьсятак:
I = - (Iнас + Iф) = -Iнас-qcB Sф
т.тобто струм не залежитьвід напруги,а визначаєтьсятільки інтенсивністюсвітла.
Рис.2
Длязбільшеннячутливостіфотодіода можевикористовуватисяефект лавинногомноженняносіїв вобласті об'ємногозаряду p-n-переходу.До недоліківлавинногофотодіодаслід віднести,першезалежністьМ від інтенсивностісвітла і, по-друге,жорсткі вимогидо стабільностіживлячоїнапруги(0, 01 ... 0, 2%), так-яккоефіцієнтмноження Мсильно залежитьвід напруги.
Інерційнівластивості фотодіодівможна характеризуватиграничноїробочою частотою(Частота модуляціїсвітла, на якійамплітудафотоответазменшуєтьсядо 0, 7 від максимальної),постійноїчасу фотоответа(Обумовленоїза часомнаростанняімпульсу фотоответадо 0, 63 до максимального,при прямокутномуімпульсі світла),зсувом фазміж вхідним(Світловим) івихідним(Електричним)сигналом.
Взагальному випадку,інерційністьфотодіодіввизначаєтьсятрьома основнимипараметрами:часом дифузіїнерівноважнихносіїв черезбазу; часомїх польоту черезобласть об'ємногозаряду p-n-переходу; RC-постійної. Час дифузіїносіїв черезбазу визначенояк:
= W/2Dp Час польотуносіїв черезобласть областьоб'ємногозаряду (шириноюd) можна оцінитияк = d/Vmax, де Vmax -максимальнашвидкість рухуносіїв велектричномуполе, якапри великихполях не ...
