Напівпровідникові діоди

Напівпровідниковий прилад з одним р-n-переходом, що має два омічні висновки, називають напівпровідниковим діодом (рис.4.5). Одна з областей р-n-структури (р⁺),

Статична вольт-амперна характеристика (ВАХ) напівпровідникового діода зображена рис.4.5. Тут же пунктиром показана теоретична ВАХ електронно-діркового переходу, визначувана співвідношенням

I=I₀(е^U/(mjт)-1),

де Iо — зворотний струм насичення (струм екстракції, обумовлений неосновними носіями заряду; значення його дуже мало); U - напруга на p-n-переході; j_т = kT/e — температурний потенціал (k — постійна Больцмана, Т - температура, е - заряд електрона); m — поправочний коефіцієнт: m = 1 для германієвих р-n переходів і m = 2 для кремнієвих p-n-переходів при малому струмі).

Кремнієві діоди мають істотно менше значення зворотного струму в порівнянні з германієвими, унаслідок нижчої концентрації неосновних носіїв заряду. Зворотна гілка ВАХ у кремнієвих діодів при даному масштабі практично зливається з віссю абсцис. Пряма гілка ВАХ у кремнієвих діодів розташована значно правішим, ніж у германієвих.

Якщо через германієвий діод протікає постійний струм, при зміні температури падіння напруги на діоді змінюється приблизно на 2,5 мВ/°С:

dU/dT= -2,5 В/°С.

Для діодів в інтегральному виконанні dU/dT складає від —1,5 мВ/°С в нормальному режимі до —2 мВ/°С у режимі мікрострумів.

Максимально допустиме збільшення зворотного струму діода визначає максимально допустиму температуру діода, яка складає 80 – 100 °С для германієвих діодів і 150 – 200 °С для кремнієвих.

Мінімально допустима температура діода лежить в межах -(60 – 70)°С.

Диференціальним опором діода називають відношення приросту напруги на діоді до викликаного їм приросту струму:

r_ДИФ = dU/dI

Звідси витікає, що для p-n-переходу r_ДИФ @j_т/I.

Пробій діода. При зворотній напрузі діода більш певного критичного значення спостерігається різке зростання зворотного струму (рис. 4.6). Це явище називають пробоєм діода.

Рисунок 4.6 – ВАХ діода при його пробої

Пробій діода виникає або в результаті дії сильного електричного поля в р-n переході (рис.4.6, крива 1 і 2). Такий пробій називається електричним. Він може бути тунельним - крива 2 або лавинним - крива 1. Або пробій виникає в результаті розігрівання p-n-переходу при протіканні струму великого значення і при недостатньому відводі тепла, що не забезпечує стійкість теплового режиму переходу (рис. 4.6, крива 3). Такий пробій називається тепловим пробоєм. Електричний пробій обернений, тобто він не приводить до пошкодження діода, і при зниженні зворотної напруги властивості діода зберігаються. Тепловий пробій є необоротним. Нормальна робота діода як елемент односторонньою провідністю можлива лише в режимах, коли зворотна напруга не перевищує пробивного значення U_{о6р mах}.

Значення допустимої зворотної напруги встановлюється з урахуванням виключення можливості електричного пробою і складає (0,5 - 0,8) U_проб.

Місткості діода. Прийнято говорити про загальну місткість діода С_д, зміряної між виведеннями діода при заданій напрузі зсуву і частоті. Загальна місткість діода рівна сумі бар'єрної місткості С₆, дифузійної місткості С_диф і місткості корпусу приладу С_к (рис.4.7).

Рисунок 4.7 – схема заміщення ємностей діода

Бар'єрна (зарядна) місткість обумовлена об'ємним зарядом іонів домішок, що некомпенсується, зосередженими по обидві сторони від межі р-n-переходу.

Модельним аналогом бар'єрної місткості може служити місткість плоского конденсатора, обкладаннями якого є р- і n-області, а діелектриком служить р-n перехід, що практично не має рухомих зарядів. Значення бар'єрної місткості коливається від десятків до сотень пікофарад; зміна цієї місткості при зміні напруги може досягати десятиразової величини.

Дифузійна місткість. Зміну величини об'ємного заряду не рівноважних електронів і дірок, викликану зміною прямого струму, можна розглядати як наслідок наявності так званої дифузійної місткості, яка включена паралельно бар'єрній місткості.

Значення дифузійної місткості можуть мати порядок від сотень до тисяч пікофарад. Тому при прямій напрузі місткість р-n переходу визначається переважно дифузійною місткістю, а при зворотній напрузі - бар'єрною місткістю.

Схема заміщення напівпровідникового діода зображена рис. 5.6. Тут С_д – загальна місткість діода, залежна від режиму; R_п – опір переходу, значення якого визначають за допомогою статичної ВАХ діода (R_п = U/I); r_б – розподілений електричний опір бази діода і відводів.

Іноді схему заміщення доповнюють місткістю між виведеннями діода С_В, місткостями С_вх і С_вих (показані пунктиром) і індуктивністю виведень L_В.

Поиск по сайту: