Полупроводниковые диоды НА ОСНОВЕ P-N ПЕРЕХОДОВ И БАРЬЕРОВ

Полупроводниковые диоды НА ОСНОВЕ P-N ПЕРЕХОДОВ И БАРЬЕРОВ ШОТТКИ

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 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.

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 к. Гц 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: Плотность тока насыщения Js равна:

p-n переходы прямое смещение Jn. D – диффузионная компонента электронного тока Jn. D – диффузионная компонента дырочного тока Jрек – рекомбинационный ток

p-n переходы обратное смещение Jn. E – дрейфовая компонента электронного тока Jp. E – 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|>> k. T/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 Учтем, что величина -1 при комнатной температуре составляет -1 = 0, 025 В.

Характеристическое сопротивление Дифференциальное сопротивление: Сопротивление по постоянному току: На прямом участке ВАХ сопротивление по постоянному току больше, чем дифференциальное сопротивление RD > r. D, а на обратном участке – меньше RD < r. D. Вблизи нулевого значения VG << k. T/q

Эквивалентная малосигнальная схема диода для низких частот rоб – омическое сопротивление базы диода rд – дифференциальное сопротивление Сд – диффузионная ёмкость Сб – барьерная ёмкость

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

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.