Dviejų n ir p tipo puslaidininkių kontaktas vadinamas p-n sandūra arba n-p sandūra. Dėl puslaidininkių kontakto prasideda difuzija. Dalis elektronų patenka į skylutes, o dalis – į elektronų pusę.
Dėl to puslaidininkiai įkraunami: n-teigiamai ir p-neigiamai. Po to, kai pereinamojoje zonoje atsiradęs elektrinis laukas pradės trukdyti elektronų ir skylių judėjimui, difuzija sustos.
Jungiant pn sandūrą prie kryptis į priekį jis leis srovę per save. Jei pn sandūrą prijungiate priešinga kryptimi, tada ji praktiškai nepraleis srovės.
Įjungta kitą diagramą Parodytos pn sandūros tiesioginės ir atvirkštinės jungčių srovės-įtampos charakteristikos.
Puslaidininkinio diodo gamyba
Ištisinė linija rodo pn sandūros tiesioginio sujungimo srovės įtampos charakteristiką, o punktyrinė – atvirkštinį.
Grafikas rodo, kad pn sandūra yra asimetriška srovės atžvilgiu, nes į priekį sandūros varža yra daug mažesnė nei priešinga kryptimi.
Pn sandūros savybės plačiai naudojamos elektros srovei ištaisyti. Norėdami tai padaryti, pagal pn sandūrą pagamintas puslaidininkinis diodas.
Paprastai puslaidininkiniams diodams gaminti naudojamas germanis, silicis, selenas ir daugybė kitų medžiagų. Pažvelkime atidžiau į pn sandūros kūrimo procesą naudojant germanį su n tipo puslaidininkiu.
Tokio perėjimo negalima pasiekti mechaniškai sujungiant du puslaidininkius su skirtingų tipų laidumas. Tai neįmanoma, nes susidaro per didelis tarpas tarp puslaidininkių.
Ir mums reikia, kad pn sandūros storis būtų ne didesnis už tarpatominius atstumus. Siekiant to išvengti, indis sulydomas į vieną iš mėginio paviršių.
Norint sukurti puslaidininkinį diodą, indžio atomų turintis p legiruotas puslaidininkis kaitinamas iki aukštos temperatūros. Ant kristalo paviršiaus nusėda poros n tipo priemaišų. Be to, dėl difuzijos jie patenka į patį kristalą.
P tipo laidumo kristalo paviršiuje susidaro n tipo laidumo sritis. Toliau pateiktame paveikslėlyje schematiškai parodyta, kaip tai atrodo.
Kad kristalas nebūtų veikiamas oro ir šviesos, jis dedamas į sandarų metalinį dėklą. Apie pagrindines elektros schemos, diodas pažymėtas šia specialia piktograma.
Puslaidininkiniai lygintuvai turi labai didelį patikimumą ir ilgą tarnavimo laiką. Pagrindinis jų trūkumas yra tas, kad jie gali dirbti tik nedideliame temperatūros diapazone: nuo -70 iki 125 laipsnių.
Šiuo metu galio arsenido sandūroms gaminti naudojamos trys pagrindinės metodų grupės: difuzija, dujų fazės epitaksija ir dujų fazės epitaksija. skystoji fazė. Lydymosi metodas, anksčiau naudotas puslaidininkių technologijoje, PCB technologijoje nebenaudojamas, nes jis nesukuria raižytos ir plokščios elektronų skylės jungties, todėl yra netinkamas lazeriniams diodams gaminti. Todėl dabar pagrindiniai PCG diodų gamybos metodai yra difuzijos ir epitaksijos metodai.
8.3.1. Difuzijos metodas
Difuzijos teorija remiasi prielaida, kad difuzijos proceso metu priemaišų atomai nesąveikauja vienas su kitu, o difuzijos greitis nepriklauso nuo jų koncentracijos. Remdamiesi šia prielaida, išvedėme pagrindines lygtis difuzija – Ficko dėsniai. Pirmasis Ficko dėsnis apibrėžia difuzijos srautą kaip kiekį, proporcingą koncentracijos gradientui (izoterminėmis sąlygomis, kai difuzija yra vienmatė)
kur yra difuzuojančių atomų koncentracija; x - atstumo koordinatė; difuzijos koeficientas.
Antrasis Ficko dėsnis nustato difuzijos greitį
Remiantis šiais dėsniais, galima rasti priemaišų koncentracijos pasiskirstymą pusiau ribotame mėginyje. Tam atvejui, kai pradinė koncentracija didžiojoje kristalo dalyje yra artima nuliui, o paviršiaus koncentracija yra ir išlieka pastovi, priemaišų koncentracija po laiko x x gylyje yra lygi
Jei difuzija vyksta iš plono sluoksnio, kurio priemaišų koncentracijos vieneto storis
paviršių, tada priemaišų pasiskirstymas išreiškiamas lygtimi
Priemaišų pasiskirstymo mėginyje koncentracijos profilių nustatymas atliekamas naudojant radioaktyviųjų atsekamųjų medžiagų metodą arba zondinį metodą, matuojant „atsparumo plitimą“ įstrižoje mėginio dalyje.
Difuzijos koeficiento priklausomybė nuo temperatūros turi formą
Tačiau ši priklausomybė ne visada išlaikoma dvejetainiuose puslaidininkiuose dėl nukrypimų nuo Ficko dėsnio, nes priemaiša sąveikauja su vienu iš junginio komponentų arba su laisvomis vietomis, susidariusiomis dėl lakiojo komponento išgaravimo junginio disociacijos metu. Kartais dėl priemaišos sąveikos su junginio komponentais susidaro nauji junginiai, kurie yra stabilesni už pirminį dvejetainį puslaidininkį. Šio tipo junginiuose difuzija vyksta per atomų judėjimą išilgai III ir V grupių elementų gardelės vietų. Difuzijos aktyvavimo energija priklauso nuo pogardelės, išilgai kurios mazgų difuzija vyksta, tipo. Tačiau šis mechanizmas nėra vienintelis; Pavyzdžiui, galima priemaišų difuzija išilgai tarpų. Apžvalgose aptariama įvairių priemaišų difuzija į dvejetainius puslaidininkius. Duomenys apie priemaišų difuziją į galio arsenidą pateikti lentelėje. 8.3.
Jungčių gamyba difuzijos būdu gali būti atliekama difuzuojant tiek donorams į galio arsenidą, tiek akceptorius į tipo medžiagą. Kadangi donorų difuzija vyksta labai lėtai, dažniausiai atliekama akceptorių difuzija. Dažniausios legiruojančios priemaišos, naudojamos injekcijoms gaminti, yra akceptorius – cinkas ir donoras – telūras. Pramonė gamina galio arsenido pavienius kristalus, skirtus PKG gamybai, legiruotus telūru iki šių koncentracijų.
(spustelėkite norėdami peržiūrėti nuskaitymą)
koncentracijos, kaip parodyta aukščiau, yra optimalios. Elektronų skylių jungtis plokštėse, išpjautose iš šių pavienių kristalų, susidaro cinko difuzijos būdu, todėl esant ne per aukštai temperatūrai galima greitai sukurti jungtį bet kuriame norimame gylyje.
Galio arsenido plokštelės, tiekiamos difuzijai, turi būti specialiai paruoštos. Visų pirma, naudojant rentgeno spindulius kristale identifikuojama plokštuma su indeksu (100). Tada kristalas supjaustomas į plokšteles, lygiagrečias šiai kristalografinei plokštumai. Plokštumos pasirinkimas nustatomas atsižvelgiant į šiuos dalykus. Junginių kristalai lengvai lūžta išilgai (110) plokštumos. Sfalerito kubinėje struktūroje, būdingoje šiems junginiams, yra trys plokštumos (110), statmenos plokštumos(111) ir du statmenai (100). Jei pasirenkama (111) plokštuma, galima gaminti trikampius PKG diodus.
Diodai su tipiniais Fabry-Perot rezonatoriais lengvai gaminami iš plokščių, išpjautų lygiagrečiai (100) plokštumai, paprastu dvigubu skilimu išilgai (110). Šios rezonatoriaus plokštumos turi būti griežtai statmenos būsimai sandūrai, nes diodo aktyvaus sluoksnio storis yra tik 1-2 mikronai. Vadinasi, nežymūs rezonatoriaus plokštumos nuokrypiai gali lemti spinduliuotės ištrūkimą iš aktyviosios srities. Tam, kad būtų įvykdytas šis reikalavimas, prieš difuziją viena plokštės pusė yra šlifuojama milteliais, kurių grūdelių dydis yra 5 μm statmenai skeltoms plokštumoms. Plokštės gruntinis paviršius yra poliruojamas rankiniu būdu ant stiklo poliravimo milteliais (kurio grūdelių dydis iš pradžių 1 μm, o vėliau 0,3 μm). Kartais naudojamas ir cheminis poliravimas.
Cinko difuzijos į poliruotą galio arsenido plokštelę procesas atliekamas uždarame tūryje (sandarioje ampulėje) arba srauto sistemoje. Tačiau dažniau naudojama uždara sistema. Norėdami tai padaryti, ampulė pirmiausia išpumpuojama iki maždaug mm Hg liekamojo slėgio. Art. Cinko šaltiniu laikomas elementinis cinkas arba jo junginiai. Pastarasis junginys yra kietųjų fazių santykio mišinys
kurie parenkami priklausomai nuo difuzijos temperatūros sąlygų. Jei elementinis cinkas naudojamas kaip priemaišų šaltinis, elementinis arsenas taip pat dedamas į ampulę tokiu santykiu arba, kaip bus parodyta žemiau, arseno slėgis ampulėje yra puiki vertėšiame procese.
Technologijoje naudojami trys difuzijos procesų variantai perėjimams formuoti.
1. Vienpakopė cinko difuzija arseno atmosferoje į plokštelę (100) arba (111) Cinkas ir arsenas įkeliamas į ampulę tokiu santykiu, kokia turėtų būti jų bendra koncentracija dujų fazėje. ampulė smarkiai atšaldoma vandeniu. Proceso trukmė parenkama atsižvelgiant į norimą perėjimo gylį.
Dėl trijų valandų difuzijos tokiomis sąlygomis susidaro perėjimas maždaug 20 μm gylyje.
2. Cinko difuzija, po to atkaitinimas arseno atmosferoje. Difuzijos procesas yra panašus į aprašytą aukščiau, tačiau difuzijos proceso pabaigoje plokštelė dedama į kitą ampulę, kurioje taip pat dedama arseno. Ampulė su įkrova išpumpuojama iki mm Hg. Art. ir kurį laiką laikomas 900 °C temperatūros orkaitėje Atkaitinimas padeda išplėsti kompensuotą plotą, išlyginti aktyvų pereinamąjį sluoksnį ir sukurti sklandų, neryškų perėjimą. Optimalios sąlygos yra šios: I etapas (difuzija) - temperatūros cinko koncentracijos santykis I pakopos trukmė II etapas (atkaitinimas) - temperatūra 900 arba - II stadijos arseno koncentracijos trukmė. Sklaidos gylis tokiomis sąlygomis yra apie 8 mikronai.
3. Trijų pakopų difuzija. Prie aukščiau aprašyto dviejų pakopų difuzijos proceso pridedamas trečiasis etapas – sekli cinko difuzija, kad susidarytų sluoksnis
Pasibaigus ampulės difuzijos ir aušinimo procesui, galio arsenido plokštelė pašalinama, o jos kraštas nupjaunamas, kad būtų galima nustatyti perėjimą, nustatyti jo atsiradimo gylį ir vizualiai stebėti jo charakteristikas: lygumą, plotį ir kt. į
kad perėjimas būtų aiškiai matomas, lustas išgraviruojamas tirpale arba tirpalo lašas užlašinamas ant susmulkinto paviršiaus ir paliekamas 15 - 30 s, po to plokštelė nuplaunama distiliuotu vandeniu. Išgraviruotame paviršiuje galima pamatyti dvi linijas: apatinė linija apibrėžia perėjimo ribą, o viršutinė linija yra ta vieta, kur prasideda -tipo medžiagos degeneracija.
Cinko difuzijos į galio arsenidą mechanizmas. Cinko koncentracijos pasiskirstymas galio arsenide dėl difuzijos yra nenormalus. Cinko difuziją žemesnėje temperatūroje galima apibūdinti Gauso paklaidos funkcija, ty (8.4) ir (8.5) lygtimis; šiuo atveju difuzijos koeficientų vertės gali būti apskaičiuojamos atsižvelgiant į lentelėje nurodytus parametrus. 8.3. Kai difuzijos temperatūra viršija 800 °C, cinko pasiskirstymas galio arsenide nepaklūsta šiam klasikiniam modeliui. Tipiški pavyzdžiai Nenormalus cinko pasiskirstymas parodytas Fig.
8.13 difuzijai esant temperatūrai
Anomalūs reiškiniai cinko difuzijos metu į galio arsenidą yra daugelio tyrimų objektas. Buvo pastebėti šie faktai.
Ryžiai. 8.13. Cinko koncentracijos pasiskirstymo galio arseido plokštelėje profiliai įvairioms paviršiaus koncentracijoms esant difuzijos temperatūrai ir maždaug trukmei
Esant aukštesnei difuzijos temperatūrai, cinko difuzijos koeficientas stipriai priklauso nuo arseno koncentracijos, o cinko tirpumas galio arsenide padidėja net trimis dydžiais (nuo 1017 iki 1017). difuzija ir pablogėja perėjimo plokštumas. Ypatingas dėmesys verta tirti difuziją izokoncentracijos sąlygomis, ty nesant mėginyje cinko koncentracijos gradiento.
Cinko atomai gali būti galio arsenide arba galio vietose, arba tarpuose. Ficko dėsnį tokiam dvigubos difuzijos mechanizmui galima išreikšti lygtimi
kur ir yra cinko difuzijos išilgai tarpų koeficientai ir pagal galio pakeitimo mechanizmą.
Šią lygtį galima supaprastinti įvedant efektyvųjį difuzijos koeficientą:
Izokoncentracinės difuzijos rezultatai rodo, kad esant didelėms cinko koncentracijoms, vyrauja difuzija išilgai tarpų, t.y.
Vadinasi, izokoncentracijos difuziją galima apibūdinti (8.4) lygtimi. Izokoncentracijos difuzijos koeficientą galima apskaičiuoti remiantis intersticinio cinko atomų ir galio laisvų darbo vietų koncentracijos analize. Jo stipri priklausomybė nuo cinko koncentracijos parodyta Fig. 8.14.
Ryžiai. 8.14, Cinko difuzijos koeficiento galio arsenide priklausomybė nuo cinko koncentracijos.
Tačiau tikromis technologinėmis sąlygomis aukštoje temperatūroje cinko paviršiaus koncentracija ant galio arsenido siekė šiek tiek didesnę nei cinko garų tankis ampulėje. Nesant arseno slėgio ampulėje, cinko pasiskirstymas mėginyje buvo neatkuriamai iškreiptas ir
Perėjimas buvo netolygus, ypač esant žemai cinko koncentracijai. Arseno įvedimas į ampulę žymiai ištaisė situaciją. Difuzijos koeficiento priklausomybė nuo cinko koncentracijos labai sumažėjo, difuzija vyko taisyklingiau, perėjimas buvo sklandus.
Reikia atkreipti dėmesį į tai, kad nenormalūs cinko difuzijos reiškiniai vyksta esant aukštesnei nei temperatūrai, kuriai esant galio arsenidas pradeda irti. tam tikroje temperatūroje. Be to, kadangi cinkas su arsenu sudaro du nuosekliai besilydančius junginius, jų susidarymo galima tikėtis tiek ant cinko šaltinio, tiek ant galio arsenido paviršiaus. Dėl šių procesų, taip pat ir galio arsenido disociacijos, gali išsiskirti skystas galis ir susidaryti cinko bei galio arsenido galio tirpalai, dėl kurių gali atsirasti vietinių paviršiaus trikdžių, kurie dar labiau iškraipo difuzijos profilį ir perėjimą. Siekiant pašalinti šiuos paviršiaus trikdžius ir priartinti difuziją prie izokoncentracijos režimo, cinkas kartais išsklaidomas per plėvelę, nusodintą ant galio arsenido, arba iš plėvelės, legiruotos cinku.
Atkuriamos cinko difuzijos į galio arsenidą pasiekimo sąlygas galima nustatyti pagal svarstymo pagrindu fazių diagramos galio-arseno-cinko pusiausvyra (8.15 pav.).
Jei kaip difuzorius naudojamas tik elementinis cinkas, arsenas bus perkeltas iš galio arsenido į cinko šaltinį, kol abiejuose paviršiuose susidarys pusiausvyros cinko arsenidų fazės. Natūralu, kad tai sukels skysto galio išsiskyrimą, plokštės paviršiaus sutrikimą ir difuzijos fronto iškraipymą.
Jei šaltinis yra cinkas ir arsenas arba cinko arsenidai, viskas priklauso nuo difuzoriaus kiekio, jo sudėties ir temperatūros. Esant nedideliam difuzanto kiekiui (kelioms ampulėms), nesusidaro kondensuota fazė – visas cinkas ir arsenas yra garų fazėje. Išreiškiami paviršiaus perėjimo sutrikimai dėl difuzijos trukmės ir temperatūros
Labai priklauso nuo priemaišų koncentracijos. Puslaidininkiai, kurių elektrinės savybės priklauso nuo kitų priemaišų cheminiai elementai, yra vadinami priemaišų puslaidininkiai. Yra dviejų tipų priemaišos: donoras ir akceptorius.
Donoras yra priemaiša, kurios atomai suteikia puslaidininkiui laisvuosius elektronus ir susijusį su judėjimu susijusį elektros laidumą laisvųjų elektronų, - elektroninis. Elektroninio laidumo puslaidininkis vadinamas elektroniniu puslaidininkiu ir paprastai žymimas lotyniška raidė n yra pirmoji žodžio „neigiama“ raidė.
Panagrinėkime elektroninio laidumo formavimosi procesą puslaidininkyje. Paimkime pagrindine puslaidininkine medžiaga silicį (labiausiai paplitę yra silicio puslaidininkiai). Silicis (Si) išorinėje atomo orbitoje turi keturis elektronus, kurie lemia jo elektrines savybes (t.y. judėdami veikiami įtampos, sukuria elektros srovė). Kai arseno (As) priemaišų atomai patenka į silicį, kurio išorinėje orbitoje yra penki elektronai, keturi elektronai sąveikauja su keturiais silicio elektronais, sudarydami kovalentinis ryšys, o penktasis arseno elektronas lieka laisvas. Tokiomis sąlygomis jis lengvai atskiriamas nuo atomo ir gali judėti medžiagoje.
Priimtojas yra priemaiša, kurios atomai priima elektronus iš pagrindinio puslaidininkio atomų. Gautas elektros laidumas, susijęs su teigiamų krūvių judėjimu – skylėmis, vadinamas skylių laidumu. Puslaidininkis su skylutiniu elektriniu laidumu vadinamas skyliniu puslaidininkiu ir paprastai žymimas lotyniška raide p - pirmąja žodžio „teigiamas“ raide.
Panagrinėkime skylės laidumo formavimosi procesą. Kai indžio (In) priemaišos atomai įvedami į silicį, kurio išorinėje orbitoje yra trys elektronai, jie susisiekia su trimis silicio elektronais, tačiau šis ryšys pasirodo nepilnas: trūksta dar vieno elektrono prisijungti prie ketvirtojo silicio elektronas. Priemaišos atomas įgyja trūkstamą elektroną iš vieno iš šalia esančių pagrindinio puslaidininkio atomų, po kurio jis susiejamas su visais keturiais kaimyniniais atomais. Dėl elektrono pridėjimo jis įgyja perteklių neigiamas krūvis, tai yra, virsta neigiamas jonas. Tuo pačiu metu puslaidininkio atomas, iš kurio ketvirtasis elektronas perėjo į priemaišos atomą, su kaimyniniais atomais yra sujungtas tik trimis elektronais. taigi yra perteklius teigiamas krūvis ir atsiranda tuščias ryšys, tai yra skylė.
Vienas iš svarbios savybės Puslaidininkis yra tai, kad jei yra skylių, srovė gali praeiti pro jį, net jei jame nėra laisvų elektronų. Tai paaiškinama skylių gebėjimu pereiti iš vieno puslaidininkio atomo į kitą.
„Skylučių“ judėjimas puslaidininkyje
Įvedus donorinę priemaišą į puslaidininkio dalį, o akceptoriaus priemaišą į kitą, galima gauti sritis su elektronų ir skylių laidumu. Ties elektroninio ir skylinio laidumo sričių riba susidaro vadinamasis elektronų-skylių perėjimas.
P-N sankryža
Panagrinėkime procesus, vykstančius srovei tekant elektronų skylės perėjimas. Kairysis sluoksnis, pažymėtas n, turi elektroninis laidumas. Srovė jame yra susijusi su laisvųjų elektronų, kurie sutartinai žymimi apskritimais su minuso ženklu, judėjimu. Dešinysis sluoksnis, žymimas p, turi skylių laidumą. Srovė šiame sluoksnyje yra susijusi su skylių judėjimu, kuris paveiksle pažymėtas apskritimais su „pliusu“.
Elektronų ir skylių judėjimas tiesioginio laidumo režimu
Elektronų ir skylių judėjimas atvirkštinio laidumo režimu.
Kai puslaidininkiai liečiasi su įvairių tipų laidumo elektronai dėl difuzija pradės judėti į p regioną, o skylės - į n sritį, dėl ko ribinis sluoksnis N sritis įkraunama teigiamai, o ribinis p srities sluoksnis – neigiamai. Tarp regionų atsiranda elektrinis laukas, kuris veikia kaip barjeras pagrindiniams srovės nešėjams, dėl kurių p-n sandūra susidaro sritis su sumažinta krūvio koncentracija. Elektrinis laukas pn sandūroje vadinamas potencialo barjeru, o pn sandūra – blokuojančiu sluoksniu. Jei kryptis išorinė elektrinis laukas priešinga kryptimi p-n laukai perėjimas („+“ ant p srities, „-“ ant n srities), tada mažėja potencialo barjeras, didėja krūvių koncentracija p-n sandūroje, mažėja sandūros plotis ir atitinkamai varža. Pasikeitus šaltinio poliškumui, išorinis elektrinis laukas sutampa su pn sandūros lauko kryptimi, sandūros plotis ir varža didėja. Todėl pn sandūra turi vartų savybes.
Puslaidininkinis diodas
Diodas vadinamas elektrą konvertuojančiu puslaidininkiniu įtaisu su viena ar keliomis p-n sandūromis ir dviem gnybtais. Priklausomai nuo pagrindinės paskirties ir p-n sandūroje naudojamo reiškinio, yra keletas pagrindinių funkciniai tipai puslaidininkiniai diodai: lygintuvas, aukšto dažnio, impulsiniai, tuneliniai, zenerio diodai, varikapai.
Pagrindinis puslaidininkinių diodų charakteristikos yra srovės įtampos charakteristika (VAC). Kiekvieno tipo puslaidininkinio diodo srovės įtampos charakteristika turi savo formą, tačiau visos jos yra pagrįstos plokštuminio lygintuvo diodo srovės įtampos charakteristika, kurios forma yra:
Diodo srovės-įtampos charakteristika (CVC): 1 - nuolatinės srovės-įtampos charakteristika; 2 - atvirkštinė srovės-įtampos charakteristika; 3 — gedimo plotas; 4 - nuolatinės srovės įtampos charakteristikos tiesinis aproksimavimas; Upor – slenkstinė įtampa; rdin — dinaminis pasipriešinimas; Uprob – gedimo įtampa
Y ašies skalė neigiamos reikšmės pasirinktos srovės yra daug kartų didesnės nei teigiamų.
Diodų srovės įtampos charakteristikos eina per nulį, tačiau pakankamai pastebima srovė atsiranda tik tada, kai slenkstinė įtampa(U poros), kuri germanio diodams yra lygi 0,1 - 0,2 V, o silicio diodams - 0,5 - 0,6 V. Neigiamų diodo įtampos verčių srityje, esant jau gana žemai įtampai ( U arr ) kyla atvirkštinė srovė(Ir.). Šią srovę sukuria mažumos nešikliai: p srities elektronai ir n srities skylės, kurių perėjimą iš vienos srities į kitą palengvina šalia sąsajos esanti potencialo barjera. Didėjant atvirkštinei įtampai, srovė nedidėja, nes per laiko vienetą pereinamojoje riboje atsirandančių mažumos nešlių skaičius nepriklauso nuo išoriškai veikiančios įtampos, nebent ji būtų labai didelė. Silicio diodų atvirkštinė srovė yra keliomis eilėmis mažesnė nei germanio diodų. Tolesnis atvirkštinės įtampos padidėjimas iki gedimo įtampa(U mėginiai) lemia tai, kad elektronai iš valentinės juostos pereina į laidumo juostą ir Zenerio efektas. Tokiu atveju atvirkštinė srovė smarkiai padidėja, o tai sukelia diodo kaitinimą, o tolesnis srovės padidėjimas sukelia terminį gedimą ir p-n sandūros sunaikinimą.
Diodų pagrindinių elektrinių parametrų žymėjimas ir nustatymas
Puslaidininkinio diodo žymėjimas
Kaip minėta anksčiau, diodas praleidžia srovę viena kryptimi (t. y. idealiai tik mažos varžos laidininkas), kita kryptimi ne (t. y. virsta labai didelės varžos laidininku), vienu žodžiu. , turi vienpusis laidumas. Atitinkamai, jis turi tik dvi išvadas. Kaip jau nuo lempų technologijos laikų tapo įprasta, jie vadinami anodas(teigiamas rezultatas) ir katodas(neigiamas).
Visus puslaidininkinius diodus galima suskirstyti į dvi grupes: lygintuvus ir specialiuosius. Lygintuvų diodai, kaip rodo pavadinimas, yra skirtos tiesinimui AC. Pagal kintamosios įtampos dažnį ir formą jie skirstomi į aukšto dažnio, žemo dažnio ir impulsinius. Specialusis naudojami puslaidininkinių diodų tipai įvairių savybių p-n sandūros; gedimo reiškinys, barjerinė talpa, neigiamo pasipriešinimo sričių buvimas ir kt.
Lygintuvų diodai
Struktūriškai lygintuvų diodai skirstomi į plokštuminius ir taškinius, o pagal gamybos technologiją į lydinius, difuzinius ir epitaksinius. Plokštuminiai diodai dėka didelis plotas ištaisymui naudojamos pn sandūros didelės srovės. Taškiniai diodai turi mažą jungties plotą ir atitinkamai yra skirti ištaisyti mažos srovės. Norėdami padidinti lavinos gedimo įtampą, naudojami lygintuvai, sudaryti iš serijos nuosekliai sujungtų diodų.
Didelės galios lygintuvų diodai vadinami jėga. Tokių diodų medžiaga dažniausiai yra silicis arba galio arsenidas. Silicio lydinio diodai naudojami kintamajai srovei ištaisyti iki 5 kHz dažniu. Silicio difuzijos diodai gali veikti aukštesniais dažniais, iki 100 kHz. Silicio epitaksiniai diodai su metaliniu pagrindu (su Schottky barjeru) gali būti naudojami iki 500 kHz dažniais. Galio arsenido diodai gali veikti dažnių diapazone iki kelių MHz.
Galios diodams paprastai būdingas statinių ir dinaminių parametrų rinkinys. KAM statiniai parametrai diodai apima:
- įtampos kritimas U pr ant diodo esant tam tikrai vertei nuolatinė srovė;
- atvirkštinė srovė I apsukas esant tam tikrai atvirkštinės įtampos vertei;
- vidutinė vertė nuolatinė srovė Aš pr.sr. ;
- pulsas atvirkštinė įtampa U arr.i. ;
KAM dinaminiai parametrai diodas apima jo laiko ir dažnio charakteristikas. Šie parametrai apima:
- atsigavimo laikas treversinė įtampa;
- pakilimo laikas nuolatinė srovė I lauke ;
- ribinis dažnis nemažinant diodų režimų f max.
Statinius parametrus galima nustatyti naudojant diodo srovės įtampos charakteristiką.
Diodų atvirkštinio atkūrimo laiko tres yra pagrindinis lygintuvų diodų parametras, apibūdinantis jų inercines savybes. Jis nustatomas, kada diodas persijungia iš nurodytos tiesioginės srovės I pr į tam tikrą atvirkštinę įtampą U arr. Perjungimo metu diodo įtampa pasikeičia. Dėl difuzijos proceso inercijos srovė diode nenutrūksta akimirksniu, o laikui bėgant t ext. Iš esmės krūvio rezorbcija vyksta ties p-n sandūros riba (t.y. lygiaverčio pajėgumo iškrova). Iš to išplaukia, kad diodo galios praradimas smarkiai padidėja jį įjungus, ypač išjungus. Vadinasi, diodų nuostoliai didėja didėjant ištaisytos įtampos dažniui.
Keičiantis diodo temperatūrai, keičiasi ir jo parametrai. Diodo tiesioginė įtampa ir jo atvirkštinė srovė labiausiai priklauso nuo temperatūros. Apytiksliai galime daryti prielaidą, kad TKN ( temperatūros koeficientasįtampa) Upr = -2 mV/K, o diodo atvirkštinė srovė turi teigiamą koeficientą. Taigi, kas 10 °C temperatūrai kylant, germanio diodų atvirkštinė srovė padidėja 2 kartus, o silicio diodų – 2,5 karto.
Schottky barjeriniai diodai
Jie plačiai naudojami aukšto dažnio žemoms įtampoms ištaisyti. Schottky barjeriniai diodai. Šie diodai naudoja metalinį paviršiaus kontaktą, o ne pn sandūrą. Sąlyčio taške atsiranda puslaidininkių sluoksniai, išsekę krūvininkų, kurie vadinami vartų sluoksniais. Diodai su Schottky barjeru skiriasi nuo diodų su pn jungtimi šiais parametrais:
- daugiau žemas tiesusįtampos kritimas;
- turėti daugiau žemas reversasįtampa;
- daugiau didelė srovė nesandarumas;
- beveik visiškai jokio mokesčio atvirkštinis atkūrimas.
Dėl dviejų pagrindinių charakteristikų šie diodai yra būtini: mažas tiesioginės įtampos kritimas ir trumpas atvirkštinės įtampos atkūrimo laikas. Be to, ne pagrindinės laikmenos, kurioms reikia atkūrimo laiko, nebuvimas reiškia fizinę jokių nuostolių perjungti patį diodą.
Šiuolaikinių Šotkio diodų maksimali įtampa yra apie 1200 V. Esant tokiai įtampai, Šotkio diodo tiesioginė įtampa yra 0,2...0,3 V mažesnė nei p-n sandūros diodų tiesioginė įtampa.
Schottky diodo privalumai ypač pastebimi ištaisant žemą įtampą. Pavyzdžiui, 45 voltų Šotkio diodo tiesioginė įtampa yra 0,4...0,6 V, o esant tokiai pat srovei p-n sandūros diodo įtampa krenta 0,5...1,0 V. Kai atvirkštinė įtampa nukrenta iki 15 V. , tiesioginė įtampa sumažėja iki 0,3...0,4 V. Vidutiniškai naudojant Šotkio diodus lygintuve, nuostolius galima sumažinti maždaug 10...15%. Maksimalus Schottky diodų veikimo dažnis viršija 200 kHz.
Teorija gera, bet be praktinis pritaikymas tai tik žodžiai.
*Fiziniai mikroelektronikos pagrindai; Elektronika; Flerovas A.N., 2015 m.
6 paskaita, tezės
Puslaidininkiniai diodai
Diodų tipai: diodai yra:
- elektrovakuumas(kenotronai),
- užpildytas dujomis(gastronai, ignitronai, zenerio diodai),
- puslaidininkis e.
Šiuo metu daugeliu atvejų naudojami puslaidininkiniai diodai.
Puslaidininkinis diodas yra puslaidininkinis įtaisas su dviem gnybtais, kuriuose yra viena p-n jungtis.
Ryžiai. 6.1 Puslaidininkinis diodas(schema) ir įprastinis diodo grafinis žymėjimas (UGO).
Plačiausiai naudojami silicio (Si – 99 % viso diodų parko) galios, impulsų ir kt., galio arsenido (GaAs) – mikrobangų diodai, perspektyvūs – silicio karbidas (SiC), galio nitridas (GaN), InGaN, AlGaN – rečiau naudojami mikrobangų diodai, šviesos diodai (InP, PbS), germanio (Ge) puslaidininkiniai diodai.
Vienpusis laidumas p-n perėjimą aiškiai iliustruoja jo srovės-tampos charakteristika (voltų-amperų charakteristika), parodanti srovės priklausomybę p-n-perėjimas nuo taikomos įtampos dydžio ir poliškumo
Ryžiai. 6,2 p/p diodai, konstrukcijos (ne pagal mastelį)
Diodų klasifikacija
Autorius darbo fizika- tunelis, skrydis lavina, su Schottky barjeru, su įkrovimo kaupimu, LED ir kt.
Iš gavimo būdasp- nperėjimai Puslaidininkiniai diodai skirstomi (pagal perėjimo tipą) į du tipus: taškinis ir plokštuminis.
- nuo gamybos technologijos p-n sandūros diodai skirstomi į taškinis, mikrolydinys, lydinys, difuzija, epitaksinis.
Taškinis diodas e tada diodas yra labai mažas plotas elektrinis perėjimas.
IN 
Taškiniame diode smaili metalinė viela liečiasi su silicio arba germanio plokšte (pavyzdžiui, n tipo), susiliejimo taške sudarydama lyginamąją sandūrą (6.1 pav.).
Gamybos metu sukurti stabilų ištaisymo kontaktą taškinis diodas pagaląsta metalinė adata, kurios gale yra priemaiša, liečiasi su plokštele indis arba aliuminis.
Dėl šiluminės difuzijos (tiekiant stiprius srovės impulsus) puslaidininkiniame kristale susidaro p tipo sluoksnis.
Ryžiai. 6.1 Dizaino variantas
taškinis diodas
Mikro lydinio diodas užima tarpinę padėtį tarp plokštuminių ir taškinių. Mikro lydinio diodai, kurie taip pat turi nedidelę jungties plotą.
Gamybos metu mikrolydinio diodas P-n sandūra susidaro, pavyzdžiui, ploną auksinę vielą su priedu mikrolydinant į kristalą (pavyzdžiui, Ge).
gale.
Diodai su mikrolydinio jungtimis palankiai lyginami su taškiniais diodais, kurių parametrų stabilumas yra geresnis, tačiau jų sandūros talpa didesnė, o ribiniai dažniai žemesni nei taškinių diodų.
Lydinio diodas
Gamybos metu lydinio diodai priemaiša išsilydo į silicį ar kitą pastotę.
Lydinių diodų elektronų skylių perėjimai - aštrus.
Ryžiai. 6.2 Lydinio diodas, struktūra ir dizainas
Mažos galios lydinio diodas- diodas, kurio vidutinė ištaisytos srovės vertė ne didesnė kaip 0,3 A. Į n tipo laidumo silicio (Si) plokštės vidurį sulydoma cilindrinė aliuminio (Al) kolonėlė (6.2.1 pav.). Aliuminio atomai difunduoja (prasiskverbia) į plokštę, dėl to dalies plokštės tūrio laidumas prie kolonėlės tampa skyle (p tipo). Tarp jo ir likusios plokštės tūrio aр-n sandūra
su geru laidumu nuo aliuminio iki silicio. Konstrukcijos lydinio diodas
– pav. 6.2.3.
Mažos galios germanio lydinio lygintuvo diodas yra panašios konstrukcijos, tik indis yra sulydytas į germanio plokštę.- diodas, kurio vidutinė ištaisyta srovė yra nuo 0,3 iki 10 A. Aliuminio folija dedama tarp n ir p tipo silicio plokštelių ir kaitinama. Aliuminis legiruojamas siliciu ir susidariusios monolitinės plokštės viduje susidaro p-n sandūra (6.2.2 pav.).
Šis dizainas parodytas (6.2.4 pav.)
Difuzinis diodas
su geru laidumu nuo aliuminio iki silicio. lydinio ir difuzijos diodai panašus.
Gamybos metu difuzijos diodai pn sandūra susidaro aukštoje temperatūroje, difuzuojant priemaišai į silicį arba germanį iš terpės, kurioje yra priemaišų porų medžiaga.
Ryžiai. 6.3 Difuzinis diodas
Difuzijos plokštuminė p-n sandūra daroma pagrindu silicion-tipas arba p tipo germanis.
Pirmuoju atveju difuzoriai yra boras (B), o antruoju - stibis (Sb). Difuzija vyksta kaitinant vandenilio krosnyje.
Si plokštelė kaitinama iki temperatūros, artimos lydymosi temperatūrai, o boro tabletė kaitinama iki išgaravimo. Esant tokioms sąlygoms, boro (B) atomai nusėda ant plokštelės paviršiaus ir giliai pasklinda į jį. Dėl to Si kristalo paviršiuje susidaro p tipo Si sluoksnis. Vėlesnis ėsdinimas pašalina šį sluoksnį nuo visų plokštės paviršių, išskyrus vieną.
Tarp difuzinio p tipo silicio sluoksnio ir n tipo Si plokštės, a sklandžiaiр-n sandūra (6.3 pav.), kurioje emiteris yra labai legiruotas difuzinis sluoksnis.
Difuzijos metodas leidžia gana tiksliai kontroliuoti perėjimo gamybos procesą, ko pasekoje užtikrinamas gaminamų perėjimų parametrų vienodumas.
Struktūriškai plokštuminiai difuziniai diodai suprojektuoti metaliniuose korpusuose su laidais. Siekiant pagerinti šilumos išsklaidymą, kristalas yra lituojamas tiesiai prie korpuso, kuris tarnauja kaip vienas iš gnybtų.
Epitaksiniai diodai
Epitaksinis(plokštuminiai, epitaksiniai-plokštuminiai difuzijos diodai) gaminami epitaksijos ir vietinės difuzijos būdu.
Epitaksija yra vieno kristalo sluoksnių auginimas ant pagrindo, kuris veikia kaip atraminė struktūros struktūra, išlaikant substrato kristalų orientaciją.
Epitaksija leidžia išauginti bet kokio laidumo, reikiamos varžos ir bet kokio storio (iki kelių mikrometrų) sluoksnius.
Vietinė difuzija vadinamas pn sandūros sukūrimas difuzuojant priemaišų atomus į epitaksinį sluoksnį per kaukės langą (pavyzdžiui, iš silicio oksido)
Ryžiai. 6.4 Epitaksinis plokštuminis diodas, pn sandūra -1
Gamybos seka: pagrindas pagamintas išauginant epitaksinį n-sluoksnį (3) su sumažintu laidumu ant pagrindo (4) su padidintu laidumu, oksidacija (2) - sukuriant Si0 2 oksido sluoksnį, formuojant "langą" oksido sluoksnyje silicio dioksido Si0 2 ėsdinant oksido plėvelę, tada donorinė priemaiša (boras arba aliuminis) pro langą pasklinda į epitaksinį sluoksnį, sukuriant p-n sandūrą (1).
Atliekamas laidų trinkelių n+ ir p+ metalizavimas.
Laidai suformuojami ir montuojami į korpusą.
Plokštuminiai difuziniai diodai pasižymi dideliu patikimumu, stabiliais parametrais ir ilgu tarnavimo laiku.
Plokštuminiai diodai turi dideles pereinamąsias sritis, dėl to jiems būdingos didelės talpos ir didelės darbinės srovės (iki šimtų ir net tūkstančių amperų). Naudojamas žemo dažnio galioje elektroniniai prietaisai(galia).
Lygintuvų diodai
Sukurta kintamą įtampą (srovę) konvertuoti į nuolatinę įtampą (srovę) elektroninio stabilizatoriaus grandinėse.
Puslaidininkiniai lygintuviniai diodai eksploataciniu patikimumu ir tarnavimo laiku žymiai pranašesni už visų kitų tipų vožtuvus (lempų vožtuvus). Todėl jie yra plačiausiai naudojami maitinimo šaltiniuose.
I-V diodų charakteristikos- pagrindinė puslaidininkinių diodų charakteristika.
Pavyzdys
Lygintuvo diodo ekvivalentinė grandinė
Ryžiai. 6.5 Diodų ekvivalentinė grandinė
r pn = T /I (6.1)
T temperatūros potencialas;
r b – vienetai - dešimtys [Ohm];
C d – vienetai – dešimtys [pF]
Lygintuvo silicio diodų tiesioginis įtampos kritimas neviršija
(1–2) V ir daugiau nei germanio.
Taigi žemos įtampos lygintuvuose naudingiau naudoti germanio diodus.
Tačiau silicio diodai turi daug kartų mažesnę atvirkštinę srovę esant tokiai pačiai įtampai nei germanio diodai, todėl jie dažniausiai naudojami.
Leidžiama germanio diodų atvirkštinė įtampa yra:
U o 6 pGe = 100-400V, silicio diodai: U o 6 psi = 1 000–1500 mlrd.
Pavyzdys: diodinis lygintuvas
Puslaidininkinio lygintuvo diodo veikimas pagrįstas savybe
P-n sandūra leidžia srovei praeiti tik viena kryptimi. Paprasčiausia (pusės bangos) lygintuvo grandinė, paremta puslaidininkiniu diodu, 6.6 pav.
Ryžiai. 6.6 Pusinės bangos lygintuvo grandinė
Transformatorius naudojamas įtampos reikšmei konvertuoti, t.y. norint gauti nurodytą įtampą lygintuvo išėjime.
Šioje grandinėje srovė per diodą ir apkrova R H teka tik per teigiamus įėjimo įtampos pusciklus U pvz , o įtampos kreivė esant apkrovai susideda iš teigiamų sinusinės bangos pusbangių (jei talpa C atjungta)
Talpa C išlygina vienpolius įtampos bangavimą esant apkrovai Rн.
Siekiant išvengti pusės ciklo įtampos praradimo, jis naudojamas pilnos bangos lygintuvo grandinė -vidurio taško ir tilto grandinės.
6.8 pav. Diodų įjungimas tilto grandinėje (a) ir pusės bangos ir visos bangos grandinių įėjimo išėjimo įtampos diagramos (b).
Lygintuvo diodo parametrai (pagrindiniai)
1. Didžiausia leistina tiesioginio diodo srovė Įr.maks
2. Priekinės įtampos kritimas Unp - tiesioginės įtampos vertė ant diodo tam tikra prasme
išankstinė dabartinė vertė;
3. Didžiausia leistina atvirkštinė įtampa Uarr.maks
4. Maksimalus veikimo dažnis, fmax
5. Didžiausia leistina galios sklaida Rdop.maks
Zenerio diodas
Zenerio diodas- puslaidininkinis diodas, skirtas įtampai stabilizuoti.
Ryžiai. 6.8 Grafinis simbolis
Puslaidininkiniams zenerio diodams naudojama medžiaga dažniausiai yra silicis, kuris pasižymi aukšta temperatūra.
Ryžiai. 6.9 Zenerio diodo I-V charakteristikos
IN tiesioginis srovės įtampos charakteristikos prijungimas Zenerio diodas praktiškai nesiskiria nuo bet kurio silicio diodo tiesios šakos.
Atvirkštinė srovės-įtampos charakteristikos šaka atrodo kaip tiesi linija vertikali linija, einantis beveik lygiagrečiai srovės ašiai.
Įprastas zenerio diodo veikimo režimas yra darbas esant atvirkštinei įtampai elektros gedimo srityje p- n perėjimas.
Palyginti su įprastais diodais, zenerio diodas turi gana mažą gedimo įtampą (kai įjungiama atbuline eiga) ir gali išlaikyti šią įtampą pastoviu lygiu net ir labai pasikeitus atvirkštinės srovės stiprumui.
Zenerio diodų puslaidininkinė medžiaga, turi didelė legiruojamųjų priemaišų koncentracija (siauras perėjimas). Todėl esant santykinai mažoms atvirkštinėms įtampoms, sandūroje atsiranda stiprus elektrinis laukas, sukeliantis jį elektros gedimas, šiuo atveju yra grįžtamasis (jei terminis gedimas neįvyksta dėl šiluminio balanso pažeidimo).
Zenerio diodo veikimas pagrįstas dviem mechanizmais:
- lavinos lūžis(Lavinos griūtis) paprastai išsivysto gana plačiai p- n- perėjimai. Stabilizavimo įtampa > 5-6V.
- tunelio gedimas (Zenero gedimas, Zener, anglų literatūroje, Zenerio diodas) ,
vystosi plonas p-n perėjimai esant dideliam elektrinio lauko stiprumui. Stabilizacinė įtampa< 5В.
Jie kartu yra bet kuriame zenerio diode, tačiau vyrauja tik vienas iš jų.
Kai srovė per prietaisą kinta plačiame diapazone, įtampos kritimas jame praktiškai nesikeičia. Ši silicio zenerio diodų savybė leidžia juos naudoti kaip įtampos stabilizatorių.
Siekiant išvengti terminio gedimo, zenerio diodo konstrukcija numato šilumos pašalinimą iš p-n jungties.
Pavyzdys:Zenerio diodo prijungimo grandinė (parametrinis stabilizatorius)
Paprasčiausia stabilizavimo schema DC įtampa- ryžiai. 6.10
Stabilizatoriaus išėjimo įtampa turi išlikti pastovi, kai keičiasi išėjimo įtampa arba keičiasi apkrovos varža.
Ryžiai. 6.10 Parametrinis stabilizatorius
Stabilizatoriaus išėjimo įtampa negali būti visiškai stabili. Prieaugiai U cm yra maži ir priklauso nuo įėjimo įtampos prieaugio Uįvestis .
U in = U cm + I R 0 R 0, (6.2)
kur r q - srovės ribojimo rezistorius.
I R 0 = (U įvestis – U cm)/ R 0 , (6.3)
Padidėjus įėjimo įtampai Uin + Uin
I’ R 0 = (U in + U in - U cm) / R 0 (6,4)
Tokiu atveju I’ R 0 > I R 0 ir I’ cm > I cm, srovė per zenerio diodą didėja.
Parametras, lemiantis stabilizatoriaus kokybę, yra stabilizavimo koeficientas.
Stabilizacijos koeficientas apibrėžiamas taip:
(kai 1 N laikoma pastovia)
(6.5)
Pagrindiniai zenerio diodų parametrai
2. Minimali stabilizavimo srovė 1 Šv (~3 mA) – pratekančios srovės reikšmė
Zenerio diodas, kuriame įvyksta stabilus gedimas.
3. Didžiausia stabilizavimo srovė 1 Šv MAX (~20 mA – 1A) - srovės vertė
teka per zenerio diodą, kuriame nėra zenerio diodo išsklaidytos galios
viršija leistiną vertę.
4. Didžiausia galios išsklaidymas P pa Su c = U cm aš cm - maksimali išleista galia
p-n sandūroje, kurioje nevyksta sandūros terminis skilimas.
5. Diferencinė varža r cm = U cm / aš cmįtampos prieaugio santykis
ant zenerio diodo iki srovės padidėjimo stabilizavimo režimu. Būdingas laipsnis
stabilizavimo įtampos stabilumas, kai kinta gedimo srovė.
Stabilizavimo vietoje r cm~ const; r cm= 0,5–200 omų.
6. Įtampos temperatūros koeficiento (TKU) stabilizavimas
(6.6)
kur t 1 °C yra pradinė temperatūra.
TKU = 0,1 ...0,01 %/°С
Savarankiškam mokymuisi
3 PRIEDAS
Diodo žymėjimas
XXXXXX(pvz., KD243A)
1-oji elementas (raidė arba skaičius) nurodo pradinę medžiagą:
G (1) - germanis;
K (2) - silicis;
A (3) - galio junginiai;
Ir (4) – indžio junginiai.
Jei yra ne raidė, o skaičius, tai reiškia, kad įrenginys gali veikti aukštesnėje temperatūroje (germanio įrenginys 70 C temperatūroje; silicio įrenginys 120 ° C temperatūroje).
2-oji elementas (raidė) nurodo puslaidininkinio diodo tipą:
D - lygintuvas, universalus, impulsinis;
A – itin aukštas dažnis;
C - zenerio diodai ir stabilizatoriai;
Ir - tunelis ir fasadas;
B – varicaps;
C - tiesinimo stulpeliai;
L – spinduliuojantis;
F – fotodetektoriai.
3 elementas (skaitmuo) – skaičius, nusakantis diodų paskirtį ir kokybės savybes.
1 - Mažos galios lygintuvų diodai (1 mėn trečia < 0,FOR);
2 - Vidutinės galios lygintuvų diodai (0,3A< 1pr trečia < 10A);
4. Impulsiniai diodai, kurių atkūrimo laikas yra mažesnis nei 500 n.
Zener diodams 3 Pavadinimo elementas nustato galios indeksą.
Pavyzdys:
R tah < 0,3 W: 1 U cma b< 10в
2 10B< U cma 6 < 99B;
3100V< U стаб < 199В.
0.3 BT< P maks < 5W: 4 U cma b<10В;
4 ir 5 elementai (skaitmenys) - kūrimo serijos numeris (nuo 0 iki 99).
Zenerio diodams tai yra stabilizavimo įtampos žymėjimas.
Pavyzdys: KS156 A -5,6V
6-oji elementas (raidė) nustato įrenginio tipą pagal technologines charakteristikas, o zenerio diodams ir stabilizatoriams - nurodo kūrimo seką.
Pavyzdys: GD412A- puslaidininkinis diodas, germanis, universalus, germanis, kūrimo numeris 12, A grupė.
**************************************************************
D9, D102 – „senieji“ vardai
Jei ant puslaidininkio paviršiaus yra padengtas apsauginis sluoksnis su skylutėmis ir priemaiša pasklinda per šias skylutes, gauname plokštuminis p-n sandūra.
Difuzinių diodų vidinė talpa yra mažesnė nei lydytų diodų ir siekia C d 1...2 pF.
PPD žymėjimas pateikia šešis simbolius. Pirmasis simbolis – raidė (bendrosios paskirties diodams) arba skaičius (specialiems diodams – veikiantiems aukštesnėje temperatūroje) – nurodo puslaidininkinę medžiagą: G (1) – germanis, K (2) – silicis, A (3) - GaAs. Antrasis simbolis yra raidė, nurodanti diodų poklasį: D - lygintuvas, aukšto dažnio (universalūs) ir impulsiniai diodai; B – varicaps; C – zenerio diodai ir stabilizatoriai; L – šviesos diodai. Trečiasis simbolis yra skaičius, nurodantis diodo paskirtį (zenerio diodams - išsklaidymo galia): trys - perjungimas, keturi - universalus. Ketvirtasis ir penktasis simboliai yra dviženklis skaičius, nurodantis kūrimo serijos numerį (Zener diodams - vardinė stabilizavimo įtampa). Šeštasis simbolis yra raidė, nurodanti įrenginio parametrinę grupę (Zener diodų kūrimo seka).
Diodų žymėjimo pavyzdžiai:
GD 412A – (G) – germanis, (D) – diodas, (4) – universalus, (12) – kūrimo numeris, (A) – grupė;
KS 196 V - (K) - silicis, (C) - zenerio diodas, (1) - atstumo galia ne didesnė kaip 0,3 W, (96) - vardinė stabilizavimo įtampa 9,6 V, (V) - trečioji plėtra. Elektros grandinių diodų žymėjimai parodyti fig. 1.6
.
1. 6. Lygintuvų diodai
Lygintuvo diodo veikimas pagrįstas p-n sandūros savybe perduoti srovę viena kryptimi – į priekį.
Išlyginamojo diodo srovės-įtampos charakteristikos tiesioginė šaka, parodyta 1.7 pav., yra tiesinė net esant mažai priekinei srovei. Tai yra pagrindinė diodo charakteristikos veikimo sritis.
Pagrindiniai lygintuvų diodų parametrai, apibūdinantys jų veikimą lygintuvo grandinėse, yra šie:
U av.av – vidutinė vertė tiesioginis kritimasįtampa, nustatyta srovės-įtampos charakteristika esant tam tikrai I pr.sr reikšmei;
I arr – vidutinė atvirkštinės srovės vertė esant nurodytai atvirkštinės įtampos U arr vertei;
ƒ – veikimo dažnių diapazonas, kuriame diodo srovė nesumažėja žemiau nurodytos vertės. Žymės dažnai pateikia maksimalų diapazono dažnį ƒ max.
Be to, diodo ribojančio elektrinio režimo parametrai yra šie:
U rev.max – didžiausia leistina atvirkštinės įtampos amplitudė;
I pr.max – didžiausia tiesioginės srovės vertė.
Lygintuvų diodai skirstomi į mažus diodus (I pr.sr.< 0,3 А), средней (0,3 < I пр.ср < 10 А) и большой (I пр.ср >10 A) galia.
Leidžiamai atvirkštinei įtampai padidinti gaminami aukštos įtampos poliai, kuriuose nuosekliai sujungti keli diodai, taip pat lygintuvai, kuriuose yra ir nuosekliai, ir lygiagrečiai (priekinei srovei padidinti) prijungti diodai.
Lygintuvų diodų taikymo sritis - kintamosios srovės įtampos keitikliai DC(lygintuvai – AC-DC keitikliai.
1.7. Schottky diodai
1939 metais vokiečių fizikas Volteras Šotkis eksperimentiškai atrado silpnų signalų ištaisymo reiškinį metalinės adatos kontakto su puslaidininkiniu kristalu srityje. Pagal mokslininko vardą metalo ir puslaidininkio kontakto pagrindu pagaminti diodai buvo vadinami Schottky diodais.
Kad atsirastų potencialus barjeras, būtina, kad metalo ir puslaidininkio darbo funkcijos būtų skirtingos. n tipo puslaidininkyje darbo funkcija nuo jo iki metalo turi būti mažesnė nei nuo metalo iki puslaidininkio (F OUT n< Ф ВЫХ м) . В этом случае, при сближении полупроводника n-типа с металлом, поток электронов из полупроводника n-типа в металл будет больше, чем в обратном направлении и металл заряжается отрицательно, а полупроводник – положительно. При сближении полупроводника р-типа с металлом, обладающим меньшей Ф ВЫХ. М, металл заряжается положительно, а полупроводник - отрицательно. При установлении равновесия между металлом и полупроводником возникает kontaktų skirtumas potencialai: U k = (F OUT m – F OUT n) /e, kur e – elektrono krūvis. Dėl didelio metalo elektrinio laidumo elektrinis laukas į jį neprasiskverbia, o puslaidininkio paviršiniame sluoksnyje susidaro potencialų skirtumas Uk. Gaminant Šotkio diodą (1.8 pav.), lengvai legiruotas puslaidininkinis kristalas (Si, GaAs) padengiamas plonu sluoksniu metalo (Au, Al, Ag, Pt ir kt.) vakuuminio garinimo, katodinio dulkinimo arba cheminio ar elektrolitinio nusodinimo metodais. Šiuo atveju puslaidininkio artimojo kontakto srityje, kaip ir dioduose su elektronų skylės jungtimi, atsiranda potencialo barjeras, kurio aukščio pasikeitimas veikiant išorinei įtampai lemia srovės pasikeitimą. per įrenginį.
Schottky barjero srovės įtampos charakteristika (1.9 pav.) turi ryškią asimetrinę išvaizdą. Priekinio poslinkio srityje srovė didėja eksponentiškai didėjant taikomajai įtampai. Atvirkštinio poslinkio srityje srovė nepriklauso nuo įtampos. Abiem atvejais, esant į priekį ir atgal, srovė Šotkio barjere atsiranda dėl daugumos krūvininkų - elektronų. Dėl šios priežasties diodai, pagrįsti Schottky barjeru, yra greitai veikiantys įrenginiai, nes jiems trūksta rekombinacijos ir difuzijos procesų. Silicio Šotkio diodo tiesioginis įtampos kritimas yra labai mažas, dažniausiai 0,2...0,45 V. Įtampos kritimas yra proporcingas maksimaliai atvirkštinei įtampai. Pavyzdžiui, diodo su 10 V atvirkštine įtampa įtampos kritimas gali būti net 0,3 V. Kuo didesnė maksimali atvirkštinė įtampa ir srovė, tuo didesnis tiesioginės įtampos kritimas dėl didėjančio n sluoksnio storio.
Schottky diodų trūkumai:
Pirma, jei trumpam viršijama maksimali atvirkštinė įtampa, Schottky diodas negrįžtamai sugenda, skirtingai nei silicio diodai, kurie pereina į atvirkštinio gedimo režimą, ir jei neviršijama maksimali diodo išsklaidyta galia, pašalinus įtampą, diodas visiškai atsistato. jo savybės;
antra, Šotkio diodams būdingos padidėjusios (palyginti su įprastiniais silicio diodais) atvirkštinės srovės, kurios didėja didėjant kristalų temperatūrai.
Šiuo metu keitiklio ir galios elektronikos reikmėms yra įsisavinta silicio karbido pagrindu pagamintų Schottky diodų gamyba. Visų pirma, CREE įmonė gamina Schottky diodus silicio karbido pagrindu, kurių įtampa iki 1200 V ir srovės iki 20 A.
Pagrindinis aukštos įtampos SiC Schottky diodų (HSD) pranašumas yra išskirtinės dinaminės charakteristikos. Šių diodų atvirkštinis atkūrimo įkrovimas (Qrr) yra ypač mažas (mažiau nei 20 nC), todėl įprastose perjungimo galios elektronikos programose perjungimo nuostoliai yra minimalūs. Be to, skirtingai nuo silicio PiN diodų, srovės didėjimo greitis (di/dt) nepriklauso nuo tiesioginės srovės ir temperatūros. Diodai veikia normaliai, kai maksimali temperatūra perėjimas 175°C.
CREE įmonė gamina nedidelį SiC Schottky diodų asortimentą, kurį sudaro trys grupės: DS 300, 600 V ir 1200 V įtampai.
Schottky diodus CREE gamina standartinėse plastikinėse pakuotėse TO-220, DPAK, D2PAK, TO-247-3, TO-263.
SiC diodų naudojimo privalumai
Schottky diodai iš CREE naudojami impulsinėje galios elektronikoje: galios koeficiento korektorių grandinėse, elektros variklių pavarose ir kt. Šių diodų naudojimas yra pateisinamas dirbant aukštu dažniu ir įtampa, todėl jų naudojimas yra ekonomiškas.
Dėl unikalių SiC diodų savybių jie gali veikti iki 500 kHz dažniu, užtikrindami aukštą įrenginio efektyvumą apie 92%.
Dirbant aukštu dažniu, induktorių matmenys sumažėja maždaug 30%. Dėl to, kad nėra atvirkštinės atkūrimo srovės, sumažėja elektromagnetiniai trukdžiai, todėl galima sutaupyti apsaugos nuo viršįtampių kainą.
Sumažintas dydis ir svoris elektroninės sistemos iš pradžių lėmė rinkos paklausa didinti galios tankį. Norint pasiekti šį tikslą nepakenkiant sistemos funkcionalumui, būtina sumažinti šios sistemos perjungiamojo maitinimo šaltinio dydį ir svorį. Šia prasme SiC diodai turi daugybę nepaprastų savybių:
Labai trumpas (beveik nulis!) pagrindinių krūvininkų atsistatymo laikas perjungimo metu;
Daugiau aukštos įtampos gedimas nei silicio prietaisų;
Aukšta temperatūra veikia iki +175°C;
Aukštas perjungimo dažnis, iki 500kHz, dėl to sumažėja EMI filtro dydis ir kitų pasyviųjų komponentų dydis.
Aktyvių arba pasyvių slopintuvų grandinių sumažinimas arba panaikinimas.
Teigiamas tiesioginės įtampos kritimo temperatūros koeficientas leidžia lygiagrečiai prijungti diodus be papildomų kompensacinių grandinių.
