Kontakti i dy gjysmëpërçuesve të tipit n dhe p quhet kryqëzim p-n ose kryqëzim n-p. Si rezultat i kontaktit midis gjysmëpërçuesve, fillon difuzioni. Disa nga elektronet shkojnë në vrimat, dhe disa nga vrimat shkojnë në anën e elektroneve.
Si rezultat, gjysmëpërçuesit ngarkohen: n-pozitivisht dhe p-negativisht. Pasi fusha elektrike që shfaqet në zonën e tranzicionit të fillojë të ndërhyjë në lëvizjen e elektroneve dhe vrimave, difuzioni do të ndalet.
Kur lidhni një kryqëzim pn me drejtimi përpara do të kalojë rrymë në vetvete. Nëse lidhni kryqëzimin pn në drejtim të kundërt, atëherë praktikisht nuk do të kalojë rrymë.
Aktiv orarin e ardhshëm Tregohen karakteristikat e rrymës-tensionit të lidhjeve direkte dhe të kundërta të kryqëzimit pn.
Prodhimi i një diodë gjysmëpërçuese
Vija e ngurtë tregon karakteristikën e tensionit aktual të lidhjes së drejtpërdrejtë të kryqëzimit pn, dhe vija me pika tregon lidhjen e kundërt.
Grafiku tregon se kryqëzimi pn është asimetrik në lidhje me rrymën, pasi në drejtimin përpara rezistenca e kryqëzimit është shumë më e vogël se në drejtimin e kundërt.
Vetitë e një kryqëzimi pn përdoren gjerësisht për të korrigjuar rrymën elektrike. Për ta bërë këtë, një diodë gjysmëpërçuese është bërë bazuar në një kryqëzim pn.
Në mënyrë tipike, germanium, silikon, selen dhe një sërë substancash të tjera përdoren për të bërë dioda gjysmëpërçuese. Le të hedhim një vështrim më të afërt në procesin e krijimit të një kryqëzimi pn duke përdorur germanium me gjysmëpërçueshmëri të tipit n.
Një kalim i tillë nuk mund të arrihet duke lidhur mekanikisht dy gjysmëpërçues me të lloje të ndryshme përçueshmëri. Kjo është e pamundur sepse krijon një hendek shumë të madh midis gjysmëpërçuesve.
Dhe ne kemi nevojë që trashësia e kryqëzimit pn të mos jetë më e madhe se distancat ndëratomike. Për të shmangur këtë, indiumi shkrihet në një nga sipërfaqet e mostrës.
Për të krijuar një diodë gjysmëpërçuese, një gjysmëpërçues p-doped që përmban atome indiumi nxehet në një temperaturë të lartë. Çiftet e papastërtive të tipit n depozitohen në sipërfaqen e kristalit. Më tej, për shkak të difuzionit, ato futen në vetë kristal.
Në sipërfaqen e një kristali me përçueshmëri të tipit p, formohet një rajon me përçueshmëri të tipit n. Figura e mëposhtme tregon në mënyrë skematike se si duket kjo.
Për të parandaluar ekspozimin e kristalit ndaj ajrit dhe dritës, ai vendoset në një kuti metalike të mbyllur. Në bazë diagramet elektrike, dioda tregohet nga ikona speciale e mëposhtme.
Ndreqësit gjysmëpërçues kanë besueshmëri shumë të lartë dhe jetë të gjatë shërbimi. Disavantazhi i tyre kryesor është se ato mund të funksionojnë vetëm në një gamë të vogël temperaturash: nga -70 në 125 gradë.
Aktualisht, tre grupe kryesore metodash përdoren për të fabrikuar bashkimet në arsenidin e galiumit: difuzioni, epitaksi në fazë gazi dhe epitaksi në fazë gazi. faza e lëngshme. Metoda e shkrirjes, e përdorur më parë në teknologjinë gjysmëpërçuese, nuk përdoret më në teknologjinë PCB, pasi nuk prodhon një kryqëzim të gdhendur dhe të sheshtë elektron-vrimë dhe për këtë arsye është e papërshtatshme për prodhimin e diodave lazer. Prandaj, tani metodat kryesore për prodhimin e diodave PCG janë metodat e difuzionit dhe epitaksisë.
8.3.1. Metoda e difuzionit
Teoria e difuzionit bazohet në supozimin se atomet e papastërtive nuk ndërveprojnë me njëri-tjetrin gjatë procesit të difuzionit dhe shpejtësia e difuzionit nuk varet nga përqendrimi i tyre. Bazuar në këtë supozim, kemi nxjerrë ekuacionet themelore difuzioni - Ligjet e Fikut. Ligji i parë i Fick-ut përcakton fluksin e difuzionit si një sasi në përpjesëtim me gradientin e përqendrimit (në kushte izotermike me difuzion njëdimensional)
ku është përqendrimi i atomeve difuze; x - koordinata e distancës; koeficienti i difuzionit.
Ligji i dytë i Fikut përcakton shkallën e difuzionit
Bazuar në këto ligje, është e mundur të gjendet shpërndarja e përqendrimit të papastërtive në një mostër gjysmë të kufizuar. Për rastin kur përqendrimi fillestar në pjesën më të madhe të kristalit është afër zeros, dhe përqendrimi në sipërfaqe është dhe mbetet konstant, përqendrimi i papastërtive pas kohës x në thellësinë x është i barabartë me
Nëse difuzioni ndodh nga një shtresë e hollë me një trashësi të përqendrimit të papastërtive për njësi
sipërfaqe, atëherë shpërndarja e papastërtive shprehet me ekuacion
Përcaktimi i profileve të përqendrimit të shpërndarjes së papastërtive në mostër kryhet ose me metodën e gjurmuesve radioaktivë ose me metodën e sondës për matjen e "përhapjes së rezistencës" përgjatë një seksioni të zhdrejtë të kampionit.
Varësia e koeficientit të difuzionit nga temperatura ka formën
Sidoqoftë, kjo varësi nuk ruhet gjithmonë në gjysmëpërçuesit binarë për shkak të devijimeve nga ligji i Fick-ut, pasi papastërtia ndërvepron me një nga përbërësit e përbërjes ose me boshllëqet e formuara për shkak të avullimit të përbërësit të paqëndrueshëm gjatë disociimit të përbërjes. Ndonjëherë, si rezultat i ndërveprimit të një papastërtie me përbërësit e një përbërjeje, formohen përbërje të reja që janë më të qëndrueshme se gjysmëpërçuesi binar origjinal. Në komponimet e këtij lloji, difuzioni ndodh përmes lëvizjes së atomeve përgjatë vendeve të nëngrilës së elementeve të grupeve III dhe V. Energjia e aktivizimit të difuzionit varet nga lloji i nënrrjetës përgjatë nyjeve të së cilës ndodh difuzioni. Megjithatë, ky mekanizëm nuk është i vetmi; Për shembull, shpërndarja e papastërtive përgjatë interstiksioneve është e mundur. Përhapja e papastërtive të ndryshme në gjysmëpërçues binarë diskutohet në rishikime. Të dhënat për difuzionin e papastërtive në arsenidin e galiumit janë dhënë në tabelë. 8.3.
Fabrikimi i kryqëzimeve me difuzion mund të bëhet me difuzionin e të dy donatorëve në arsenid galium të tipit dhe pranuesve në material të tipit. Meqenëse difuzioni i donatorëve ndodh shumë ngadalë, difuzioni i pranuesve zakonisht kryhet. Papastërtitë lidhëse më të zakonshme të përdorura për prodhimin e injektimit janë pranuesi - zinku dhe dhuruesi - teluri. Industria prodhon monokristale të arsenidit të galiumit të destinuara për prodhimin e PKG, të dopuar me telur në përqendrime të këtyre
(kliko për të parë skanimin)
përqendrimet, siç tregohet më sipër, janë optimale. Lidhja elektron-vrima në pllakat e prera nga këto kristale të vetme prodhohet nga difuzioni i zinkut, i cili bën të mundur, në temperatura jo shumë të larta, të prodhohet shpejt një kryqëzim në çdo thellësi të dëshiruar.
Pllakat e arsenidit të galiumit që vijnë për difuzion duhet të përgatiten posaçërisht. Para së gjithash, një aeroplan me indeks (100) zbulohet në kristal duke përdorur rreze X. Më pas, kristali pritet në vafera paralele me këtë plan kristalografik. Zgjedhja e aeroplanit përcaktohet nga konsideratat e mëposhtme. Kristalet e komponimeve shkëputen lehtësisht përgjatë planit (110). Në strukturën kubike të sfaleritit, karakteristikë e këtyre përbërjeve, ekzistojnë tre plane (110), plane pingule(111), dhe dy pingul (100). Nëse zgjidhet rrafshi (111), atëherë mund të prodhohen dioda PKG trekëndore.
Diodat me rezonatorë tipikë Fabry-Pero bëhen lehtësisht nga pllaka të prera paralelisht me rrafshin (100) nga një ndarje e thjeshtë e dyfishtë përgjatë (110). Këto plane rezonatore duhet të jenë rreptësisht pingul me kryqëzimin e ardhshëm, pasi trashësia e shtresës aktive të diodës është vetëm 1-2 mikronë. Rrjedhimisht, devijimet e parëndësishme të planit rezonator mund të çojnë në ikjen e rrezatimit nga rajoni aktiv. Për të përmbushur këtë kërkesë, njëra anë e pllakës bluhet me një pluhur me madhësi kokrriza 5 μm pingul me rrafshet e copëtuara përpara difuzionit. Sipërfaqja e tokës e pllakës lëmohet manualisht në xhami me pluhur lustrues (me një madhësi kokrriza fillimisht 1 μm dhe më pas 0,3 μm). Ndonjëherë përdoret edhe lustrim kimik.
Procesi i difuzionit të zinkut në një pllakë arsenidi të lëmuar të galiumit kryhet ose në një vëllim të mbyllur (në një ampulë të mbyllur) ose në një sistem rrjedhjeje. Megjithatë, më shpesh përdoret një sistem i mbyllur. Për ta bërë këtë, ampula fillimisht pompohet në një presion të mbetur prej rreth mm Hg. Art. Ose zinku elementar ose komponimet e tij merren si burim i zinkut. Përbërja e fundit është një përzierje e raportit të fazave të ngurta
të cilat zgjidhen në varësi të kushteve të temperaturës së difuzionit. Nëse zinku elementar përdoret si burim papastërtie, atëherë në ampulë vendoset edhe arseniku elementar në raport ose Siç do të tregohet më poshtë, presioni i arsenikut në ampulë ka vlerë të madhe në këtë proces.
Ekzistojnë tre variante të proceseve të difuzionit që përdoren në teknologji për të formuar tranzicione.
1. Difuzioni i zinkut me një hap në një atmosferë arseniku në pllakën (100) ose (111) kryhet në një temperaturë prej zinku dhe arseniku ngarkohen në ampulë në raportin që përqendrimi i tyre total në fazën e gazit duhet të jetë në fund të procesit. ampula ftohet ashpër me ujë. Kohëzgjatja e procesit zgjidhet në varësi të thellësisë së dëshiruar të tranzicionit.
Si rezultat i difuzionit tre-orësh në këto kushte, formohet një tranzicion në një thellësi prej rreth 20 μm.
2. Difuzioni i zinkut i ndjekur nga pjekja në një atmosferë arseniku. Procesi i difuzionit është i ngjashëm me atë të përshkruar më sipër, por në fund të procesit të difuzionit, pllaka vendoset në një ampulë tjetër, ku vendoset edhe arseniku në një sasi. Ampula me ngarkesë pompohet në mmHg. Art. dhe mbahet në furrë në një temperaturë prej 900 °C për një periudhë kohore Pjekja ndihmon në zgjerimin e zonës së kompensuar, nivelizimin e shtresës aktive të tranzicionit dhe krijimin e një tranzicioni të qetë e të pamprehtë. Kushtet optimale janë si më poshtë: Stadi I (difuzioni) - temperatura raporti i përqendrimit të zinkut kohëzgjatja e fazës I Stadi II (pjekja) - temperatura 900 ose - kohëzgjatja e përqendrimit të arsenikut të fazës II Thellësia e difuzionit në këto kushte është rreth 8 mikron.
3. Difuzioni me tre faza. Procesi i difuzionit me dy faza të përshkruar më sipër, i shtohet një fazë e tretë - difuzioni i cekët i zinkut për të formuar një shtresë
Në fund të procesit të difuzionit dhe ftohjes së ampulës, pllaka e arsenidit të galiumit hiqet dhe buza e saj çahet për të identifikuar tranzicionin, për të përcaktuar thellësinë e shfaqjes së tij dhe për të vëzhguar vizualisht karakteristikat e saj: njëtrajtshmëri, gjerësi, etj. te
për ta bërë kalimin qartësisht të dukshëm, çipi gdhendet në një tretësirë ose një pikë e tretësirës aplikohet në sipërfaqen e copëtuar dhe lihet për 15 - 30 s, pas së cilës pllaka shpëlahet me ujë të distiluar. Dy vija mund të shihen në sipërfaqen e gdhendur: vija e poshtme përcakton kufirin e tranzicionit dhe vija e sipërme është vendi ku fillon degjenerimi i materialit të tipit.
Mekanizmi i difuzionit të zinkut në arsenid galium. Shpërndarja e përqendrimit të zinkut në arsenidin e galiumit si rezultat i difuzionit është anormale. Për difuzionin e zinkut në temperaturat më poshtë, ai mund të përshkruhet nga një funksion gabimi Gaussian, d.m.th., ekuacionet (8.4) dhe (8.5); në këtë rast, vlerat e koeficientëve të difuzionit mund të llogariten duke marrë parasysh parametrat e dhënë në tabelë. 8.3. Për temperaturat e difuzionit mbi 800 °C, shpërndarja e zinkut në arsenidin e galiumit nuk i bindet këtij modeli klasik. Shembuj tipikë shpërndarja anormale e zinkut tregohet në Fig.
8.13 për difuzion në temperaturë për
Dukuritë anormale gjatë difuzionit të zinkut në arsenidin e galiumit janë objekt i studimeve të shumta. Janë vënë re faktet e mëposhtme.
Oriz. 8.13. Profilet e shpërndarjes së përqendrimit të zinkut në një pllakë arseide të galiumit për përqendrime të ndryshme sipërfaqësore në temperaturën e difuzionit dhe kohëzgjatje prej rreth
Në temperatura më të larta të difuzionit, koeficienti i difuzionit të zinkut varet fuqimisht nga përqendrimi i arsenikut, dhe tretshmëria e zinkut në arsenidin e galiumit rritet edhe me tre rend të madhësisë (nga 1017 në 1017 Prania e defekteve, papërsosmërive strukturore dhe përshpejtimit të dislokimeve). difuzionit dhe përkeqëson rrafshimin e tranzicionit. Vëmendje e veçantë meritojnë të studiojnë difuzionin në kushte izokoncentrimi, d.m.th., në mungesë të një gradienti të përqendrimit të zinkut në mostër.
Atomet e zinkut mund të vendosen në arsenidin e galiumit ose në vendet e galiumit ose në interstiksione. Prandaj, difuzioni i zinkut mund të ndodhë përgjatë hapësirave të lira të galiumit. Ligji i Fikut për një mekanizëm të tillë të difuzionit të dyfishtë mund të shprehet me ekuacion
ku dhe janë koeficientët e difuzionit të zinkut përgjatë interstiksioneve dhe sipas mekanizmit të zëvendësimit të galiumit.
Ky ekuacion mund të thjeshtohet duke futur koeficientin efektiv të difuzionit:
Rezultatet e difuzionit të izokoncentrimit tregojnë se në përqendrime të larta të zinkut mbizotëron difuzioni përgjatë interstiksioneve, d.m.th.
Rrjedhimisht, difuzioni i izokoncentrimit mund të përshkruhet nga ekuacioni (8.4). Koeficienti i difuzionit të izokoncentrimit mund të llogaritet bazuar në një analizë të përqendrimit të atomeve intersticiale të zinkut dhe vakancave të galiumit. Varësia e tij e fortë nga përqendrimi i zinkut tregohet në Fig. 8.14.
Oriz. 8.14, Varësia e koeficientit të difuzionit të zinkut në arsenidin e galiumit nga përqendrimi i zinkut.
Sidoqoftë, në kushte reale teknologjike në temperatura të larta, përqendrimi sipërfaqësor i zinkut në arsenidin e galiumit arriti pak më shumë se dendësia e avullit të zinkut në ampulë. Në mungesë të presionit të arsenikut në ampulë, shpërndarja e zinkut në mostër ishte e shtrembëruar në mënyrë të pariprodhueshme, dhe
Tranzicioni ishte i pabarabartë, veçanërisht në përqendrime të ulëta të zinkut. Futja e arsenikut në ampulë korrigjoi ndjeshëm situatën. Varësia e koeficientit të difuzionit nga përqendrimi i zinkut u ul ndjeshëm, difuzioni vazhdoi më rregullisht dhe tranzicioni ishte i qetë.
Vëmendje duhet t'i kushtohet faktit që dukuritë anormale në difuzionin e zinkut ndodhin në temperatura mbi temperaturën në të cilën arsenidi i galiumit fillon të dekompozohet. Prandaj, në ampulë duhet të krijohet një presion arseniku të paktën i barabartë me presionin e disociimit të arsenidit të galiumit. në një temperaturë të caktuar. Përveç kësaj, duke qenë se zinku formon dy komponime që shkrihen në mënyrë kongruente me arsenikun, formimi i tyre mund të pritet si në burimin e zinkut ashtu edhe në sipërfaqen e arsenidit të galiumit. Këto procese, si dhe shpërbërja e arsenidit të galiumit, mund të çojnë në çlirimin e galiumit të lëngshëm dhe formimin e solucioneve të galiumit të zinkut dhe arsenidit të galiumit, duke rezultuar në shqetësime lokale të sipërfaqes që shtrembërojnë më tej profilin dhe tranzicionin e difuzionit. Për të eliminuar këto shqetësime sipërfaqësore dhe për të afruar difuzionin me regjimin e izokoncentrimit, zinku ndonjëherë shpërndahet përmes një filmi të depozituar në arsenidin e galiumit, ose nga një film i dopuar me zink.
Kushtet për arritjen e difuzionit të riprodhueshëm të zinkut në arsenid galium mund të përcaktohen nga bazën e shqyrtimit diagramet fazore ekuilibri galium-arsenik-zink (Fig. 8.15).
Nëse përdoret vetëm zinku elementar si difuzues, atëherë arseniku do të transferohet nga arsenidi i galiumit në burimin e zinkut derisa të formohen fazat e ekuilibrit të arsenidit të zinkut në të dyja sipërfaqet. Natyrisht, kjo do të çojë në çlirimin e galiumit të lëngshëm, prishjen e sipërfaqes së pllakës dhe shtrembërimin e pjesës së përparme të difuzionit.
Nëse burimi është zinku dhe arseniku ose arsenidet e zinkut, atëherë gjithçka varet nga sasia e difuzantit, përbërja dhe temperatura e tij. Me sasi të vogla të difuzantit (disa ampula), nuk formohet asnjë fazë e kondensuar - i gjithë zinku dhe arseniku janë në fazën e avullit. Shprehen shqetësimet e tranzicionit sipërfaqësor nga kohëzgjatja e difuzionit dhe temperatura
Varet fuqishëm nga përqendrimi i papastërtive. Gjysmëpërçuesit, vetitë elektrike të të cilëve varen nga papastërtitë e të tjerëve elementet kimike, quhen gjysmëpërçuesit e papastërtive. Ekzistojnë dy lloje të papastërtive: dhurues dhe pranues.
Donatorështë një papastërti, atomet e së cilës i japin gjysmëpërçuesit elektrone të lira, dhe përçueshmërinë elektrike që rezulton e lidhur me lëvizjen elektronet e lira, - elektronike. Një gjysmëpërçues me përçueshmëri elektronike quhet gjysmëpërçues elektronik dhe në mënyrë konvencionale shënohet shkronja latine n është shkronja e parë e fjalës "negative".
Le të shqyrtojmë procesin e formimit të përçueshmërisë elektronike në një gjysmëpërçues. Le të marrim silikonin si materialin kryesor gjysmëpërçues (gjysmëpërçuesit e silikonit janë më të zakonshëm). Siliconi (Si) ka katër elektrone në orbitën e jashtme të atomit, të cilat përcaktojnë vetitë e tij elektrike (d.m.th., duke lëvizur nën ndikimin e tensionit, ato krijojnë rrymë elektrike). Kur atomet e papastërtisë së arsenikut (As) futen në silikon, i cili ka pesë elektrone në orbitën e tij të jashtme, katër elektrone ndërveprojnë me katër elektrone silikoni, duke formuar lidhje kovalente, dhe elektroni i pestë i arsenikut mbetet i lirë. Në këto kushte, ai ndahet lehtësisht nga atomi dhe është në gjendje të lëvizë në substancë.
Pranuesiështë një papastërti, atomet e së cilës pranojnë elektrone nga atomet e gjysmëpërçuesit pritës. Përçueshmëria elektrike që rezulton, e lidhur me lëvizjen e ngarkesave pozitive - vrimave, quhet përçueshmëri vrimash. Një gjysmëpërçues me përçueshmëri elektrike vrima quhet gjysmëpërçues i vrimës dhe në mënyrë konvencionale shënohet me shkronjën latine p - shkronja e parë e fjalës "pozitive".
Le të shqyrtojmë procesin e formimit të përçueshmërisë së vrimave. Kur atomet e papastërtisë së indiumit futen në silikon, i cili ka tre elektrone në orbitën e tij të jashtme, ata hyjnë në komunikim me tre elektrone silikoni, por kjo lidhje rezulton e paplotë: mungon një elektron më shumë për t'u lidhur me të katërtin. elektroni i silikonit. Atomi i papastërtisë fiton elektronin që mungon nga një prej atomeve të afërta të gjysmëpërçuesit pritës, pas së cilës ai lidhet me të katër atomet fqinje. Për shkak të shtimit të një elektroni, ai fiton një tepricë ngarkesë negative, domethënë, shndërrohet në jon negativ. Në të njëjtën kohë, atomi gjysmëpërçues, nga i cili elektroni i katërt ka shkuar në atomin e papastërtisë, rezulton të jetë i lidhur me atomet fqinje me vetëm tre elektrone. pra ka një tepricë ngarkesë pozitive dhe shfaqet një lidhje boshe, d.m.th vrimë.
Një nga veti të rëndësishme Një gjysmëpërçues është që nëse ka vrima, rryma mund të kalojë nëpër të edhe nëse nuk ka elektrone të lirë në të. Kjo shpjegohet me aftësinë e vrimave për të lëvizur nga një atom gjysmëpërçues në tjetrin.
Lëvizja e "vrimave" në një gjysmëpërçues
Duke futur një papastërti të dhuruesit në një pjesë të një gjysmëpërçuesi dhe një papastërti pranuese në një pjesë tjetër, është e mundur të përftohen rajone me përcjellshmëri të elektroneve dhe vrimave në të. Në kufirin e rajoneve të përçueshmërisë elektronike dhe të vrimës, formohet i ashtuquajturi tranzicion elektron-vrimë.
Kryqëzimi P-N
Le të shqyrtojmë proceset që ndodhin kur kalon rryma tranzicioni elektron-vrimë. Shtresa e majtë, e emërtuar n, ka përçueshmëri elektronike. Rryma në të shoqërohet me lëvizjen e elektroneve të lira, të cilat tregohen në mënyrë konvencionale me rrathë me një shenjë minus. Shtresa e djathtë, e caktuar p, ka përçueshmëri vrimash. Rryma në këtë shtresë shoqërohet me lëvizjen e vrimave, të cilat tregohen në figurë me rrathë me një "plus".
Lëvizja e elektroneve dhe vrimave në modalitetin e përcjelljes së drejtpërdrejtë
Lëvizja e elektroneve dhe vrimave në modalitetin e përçueshmërisë së kundërt.
Kur gjysmëpërçuesit bien në kontakt me lloje të ndryshme elektronet përçuese për shkak të difuzionit do të fillojë të lëvizë në rajonin p, dhe vrimat - në rajonin n, si rezultat i të cilit shtresa kufitare Rajoni n ngarkohet pozitivisht dhe shtresa kufitare e rajonit p është e ngarkuar negativisht. Një fushë elektrike lind midis rajoneve, e cila vepron si një pengesë për transportuesit kryesorë të rrymës, për shkak të së cilës p-n kryqëzim formohet një zonë me përqendrim të reduktuar të ngarkesës. Fusha elektrike në një kryqëzim pn quhet pengesë potenciale, dhe kryqëzimi pn quhet një shtresë bllokuese. Nëse drejtimi i të jashtmes fushë elektrike drejtim të kundërt p-n fusha tranzicioni ("+" në rajonin p, "-" në rajonin n), atëherë pengesa potenciale zvogëlohet, përqendrimi i ngarkesave në kryqëzimin p-n rritet, gjerësia dhe, rrjedhimisht, rezistenca e kryqëzimit zvogëlohet. Kur polariteti i burimit ndryshon, fusha elektrike e jashtme përkon me drejtimin e fushës së kryqëzimit pn, gjerësia dhe rezistenca e kryqëzimit rritet. Prandaj, kryqëzimi pn ka vetitë e portës.
Diodë gjysmëpërçuese
Diodë quhet një pajisje gjysmëpërçuese konvertuese elektrike me një ose më shumë kryqëzime p-n dhe dy terminale. Në varësi të qëllimit kryesor dhe fenomenit të përdorur në kryqëzimin p-n, ekzistojnë disa kryesore llojet funksionale Diodat gjysmëpërçuese: ndreqës, frekuencë të lartë, puls, tunel, dioda zener, varikaps.
bazë Karakteristikat e diodave gjysmëpërçueseështë karakteristika aktuale e tensionit (VAC). Për secilin lloj të diodës gjysmëpërçuese, karakteristika e tensionit aktual ka formën e vet, por të gjitha ato bazohen në karakteristikën e tensionit aktual të një diode ndreqëse planare, e cila ka formën:
Karakteristika e tensionit të rrymës (CVC) e diodës: 1 - karakteristikë e rrymës-tensionit të drejtpërdrejtë; 2 - karakteristikë e rrymës-tensionit të kundërt; 3 — zona e prishjes; 4 - përafrimi drejtvizor i karakteristikës së rrymës së drejtpërdrejtë-tensionit; Upor-tensioni i pragut; rdin-rezistenca dinamike; Uprob - tension i prishjes
Shkalla e boshtit Y për vlerat negative rrymat e zgjedhura janë shumë herë më të mëdha se sa për ato pozitive.
Karakteristikat e tensionit aktual të diodave kalojnë në zero, por një rrymë mjaft e dukshme shfaqet vetëm kur tensioni i pragut(pore U), e cila për diodat e germaniumit është e barabartë me 0,1 - 0,2 V, dhe për diodat e silikonit është e barabartë me 0,5 - 0,6 V. Në rajonin e vlerave negative të tensionit në diodë, në tensione tashmë relativisht të ulëta ( U arr ) lind rrymë e kundërt(I arr.). Kjo rrymë krijohet nga bartës të pakicës: elektronet e rajonit p dhe vrimat e rajonit n, kalimi i të cilave nga një rajon në tjetrin lehtësohet nga një pengesë potenciale pranë ndërfaqes. Me rritjen e tensionit të kundërt, rryma nuk rritet, pasi numri i bartësve të pakicës që shfaqen në kufirin e tranzicionit për njësi të kohës nuk varet nga tensioni i aplikuar nga jashtë, përveç nëse është shumë i lartë. Rryma e kundërt për diodat e silikonit është disa renditje të madhësisë më pak se për diodat e germaniumit. Rritja e mëtejshme e tensionit të kundërt në tensioni i prishjes(mostrat U) çon në faktin se elektronet nga brezi i valencës lëvizin në brezin e përcjelljes, dhe një Efekti Zener. Në këtë rast, rryma e kundërt rritet ndjeshëm, gjë që shkakton ngrohjen e diodës dhe një rritje e mëtejshme e rrymës çon në prishje termike dhe shkatërrim të kryqëzimit p-n.
Përcaktimi dhe përcaktimi i parametrave kryesorë elektrikë të diodave
Emërtimi i diodës gjysmëpërçuese
Siç u tha më herët, një diodë përçon rrymë në një drejtim (d.m.th., në mënyrë ideale është vetëm një përcjellës me rezistencë të ulët), në drejtimin tjetër nuk e bën (d.m.th., shndërrohet në një përcjellës me rezistencë shumë të lartë), me një fjalë. , ka përçueshmëri njëkahëshe. Prandaj, ai ka vetëm dy përfundime. Siç është bërë zakon që nga kohët e teknologjisë së llambave, ato quhen anodë(produkt pozitiv) dhe katodë(negative).
Të gjitha diodat gjysmëpërçuese mund të ndahen në dy grupe: ndreqës dhe special. Diodat ndreqës, siç sugjeron emri, janë të destinuara për drejtim AC. Në varësi të frekuencës dhe formës së tensionit të alternuar, ato ndahen në frekuencë të lartë, frekuencë të ulët dhe pulsuese. E veçanta llojet e diodave gjysmëpërçuese të përdorura veti të ndryshme p-n kryqëzime; dukuria e prishjes, kapaciteti i barrierës, prania e zonave me rezistencë negative, etj.
Diodat ndreqës
Strukturisht, diodat ndreqës ndahen në dioda planare dhe pika, dhe sipas teknologjisë së prodhimit në aliazh, difuzion dhe epitaksial. Diodat planare falë sipërfaqe të madhe Kryqëzimet pn përdoren për korrigjim rryma të larta. Diodat me pikë kanë një zonë të vogël kryqëzimi dhe, në përputhje me rrethanat, janë të dizajnuara për korrigjim rryma të ulëta. Për të rritur tensionin e prishjes së ortekut, përdoren kolonat ndreqës, të përbëra nga një seri diodash të lidhura në seri.
Diodat ndreqës me fuqi të lartë quhen me forcë. Materiali për dioda të tilla është zakonisht silikoni ose arsenid i galiumit. Diodat e aliazhit të silikonit përdoren për të korrigjuar rrymën alternative me një frekuencë deri në 5 kHz. Diodat e difuzionit të silikonit mund të funksionojnë në frekuenca më të larta, deri në 100 kHz. Diodat epitaksiale silikoni me një substrat metalik (me një pengesë Schottky) mund të përdoren në frekuenca deri në 500 kHz. Diodat e arsenidit të galiumit janë të afta të funksionojnë në intervalin e frekuencës deri në disa MHz.
Diodat e fuqisë zakonisht karakterizohen nga një grup parametrash statikë dhe dinamikë. TE parametrat statikë Diodat përfshijnë:
- rënia e tensionit U pr në diodë me një vlerë të caktuar rrymë e drejtpërdrejtë;
- rrymë e kundërt I rrotulloj në një vlerë të caktuar të tensionit të kundërt;
- vlera mesatare rrymë e drejtpërdrejtë I pr.sr. ;
- pulsi tension i kundërt U arr.i. ;
TE parametrat dinamikë dioda përfshin karakteristikat e saj të kohës dhe frekuencës. Këto parametra përfshijnë:
- koha e rikuperimit tension trevers;
- koha e ngritjes rrymë direkte I jashtëm ;
- kufizojnë frekuencën pa reduktuar modalitetet e diodës f max.
Parametrat statikë mund të vendosen duke përdorur karakteristikën e tensionit aktual të diodës.
Koha e rikuperimit të kundërt të diodës tres është parametri kryesor i diodave ndreqës, duke karakterizuar vetitë e tyre inerciale. Përcaktohet kur dioda kalon nga një rrymë e dhënë përpara I pr në një tension të caktuar të kundërt U arr. Gjatë ndërrimit, voltazhi në të gjithë diodën bëhet i kundërt. Për shkak të inercisë së procesit të difuzionit, rryma në diodë nuk ndalet menjëherë, por me kalimin e kohës t ext. Në thelb, resorbimi i ngarkesës ndodh në kufirin e kryqëzimit p-n (d.m.th., shkarkimi i kapacitetit ekuivalent). Nga kjo rrjedh se humbja e energjisë në diodë rritet ndjeshëm kur ndizet, veçanërisht kur fiket. Prandaj, humbjet e diodës rritet me rritjen e frekuencës së tensionit të korrigjuar.
Kur ndryshon temperatura e diodës, parametrat e saj ndryshojnë. Tensioni përpara në diodë dhe rryma e kundërt e saj varen më së shumti nga temperatura. Përafërsisht mund të supozojmë se TKN ( koeficienti i temperaturës tension) Upr = -2 mV/K, dhe rryma e kundërt e diodës ka një koeficient pozitiv. Pra, me çdo rritje të temperaturës prej 10 °C, rryma e kundërt e diodave të germaniumit rritet me 2 herë, dhe e diodave të silikonit me 2,5 herë.
Diodat penguese Schottky
Ato përdoren gjerësisht për korrigjimin e tensioneve të ulëta me frekuencë të lartë. Diodat penguese Schottky. Këto dioda përdorin kontaktin e sipërfaqes metalike në vend të një kryqëzimi pn. Në pikën e kontaktit, shfaqen shtresa gjysmëpërçuese të varfëruara nga transportuesit e ngarkesës, të cilat quhen shtresa të portës. Diodat me një pengesë Schottky ndryshojnë nga diodat me një kryqëzim pn në parametrat e mëposhtëm:
- më shumë e ulët drejt rënia e tensionit;
- kanë më shumë e pasme e ulët tension;
- më shumë rrymë e lartë rrjedhjet;
- pothuajse plotësisht pa pagesë rikuperim i kundërt.
Dy karakteristika kryesore i bëjnë këto dioda të domosdoshme: rënia e ulët e tensionit përpara dhe koha e shkurtër e rikuperimit të tensionit të kundërt. Përveç kësaj, mungesa e mediave jo-primare që kërkojnë kohë rikuperimi do të thotë fizike asnjë humbje për të ndërruar vetë diodën.
Tensioni maksimal i diodave moderne Schottky është rreth 1200 V. Në këtë tension, voltazhi përpara i diodës Schottky është 0,2...0,3 V më pak se tensioni përpara i diodave të kryqëzimit p-n.
Përparësitë e diodës Schottky bëhen veçanërisht të dukshme kur korrigjoni tensione të ulëta. Për shembull, një diodë Schottky 45 volt ka një tension përpara prej 0,4 ... 0,6 V, dhe në të njëjtën rrymë një diodë kryqëzimi p-n ka një rënie të tensionit prej 0,5 ... 1,0 V. Kur tensioni i kundërt bie në 15 V , tensioni përpara zvogëlohet në 0,3...0,4 V. Mesatarisht, përdorimi i diodave Schottky në një ndreqës mund të zvogëlojë humbjet me afërsisht 10...15%. Frekuenca maksimale e funksionimit të diodave Schottky tejkalon 200 kHz.
Teoria është e mirë, por pa aplikim praktik këto janë vetëm fjalë.
*Bazat fizike të mikroelektronikës; Elektronikë; Flerov A.N., 2015.
Leksioni 6, teza
Diodat gjysmëpërçuese
Llojet e diodave: diodat janë:
- elektrovakum(kenotronet),
- e mbushur me gaz(gastronë, ndezës, dioda zener),
- gjysmëpërçues e.
Aktualisht, në shumicën dërrmuese të rasteve, përdoren dioda gjysmëpërçuese.
Diodë gjysmëpërçueseështë një pajisje gjysmëpërçuese me dy terminale që përmbajnë një kryqëzim p-n.
Oriz. 6.1 Diodë gjysmëpërçuese(diagrami) dhe përcaktimi grafik konvencional (UGO) i diodës
Më të përdorurat janë silikoni (Si - 99% e flotës totale të diodave) fuqia, pulsi, etj., Arsenid galium (GaAs) - dioda mikrovalë, premtuese - karabit silikoni (SiC), nitridi i galiumit (GaN), InGaN, AlGaN - diodat me mikrovalë, LED (InP, PbS), diodat gjysmëpërçuese të germaniumit (Ge) përdoren më rrallë.
Përçimi me një drejtim p-n tranzicioni ilustrohet qartë nga karakteristikat e tij të tensionit aktual (karakteristika volt-amper), duke treguar varësinë e rrymës përmes p-n-kalimi nga madhësia dhe polariteti i tensionit të aplikuar
Oriz. Dioda 6.2 p/p, struktura (jo në shkallë)
Klasifikimi i diodave
Nga fizika e punës- tunel, ortek-fluturim, me pengesë Schottky, me akumulim ngarkese, LED etj.
Nga mënyra e marrjesfq- ntranzicionet Diodat gjysmëpërçuese ndahen (sipas llojit të tranzicionit) në dy lloje: pika dhe planare.
- nga teknologjia e prodhimit Diodat e bashkimit p-n ndahen në pikë, mikroaliazh, aliazh, difuzion, epitaksial.
Dioda me pikë e atëherë dioda është shumë zonë e vogël tranzicioni elektrik.
NË 
Në një diodë me pikë, një tel metalik me majë është në kontakt me një pllakë silikoni ose germanium (për shembull, tipi n), duke formuar një kryqëzim ndreqës në pikën e kontaktit (Fig. 6.1).
Për të krijuar një kontakt të qëndrueshëm korrigjues gjatë prodhimit diodë me pikë një gjilpërë metalike e mprehur me një papastërti në fund bie në kontakt me pllakën indium ose alumin.
Si rezultat i difuzionit termik (furnizimi i impulseve të forta të rrymës), në kristalin gjysmëpërçues formohet një shtresë e tipit p.
Oriz. 6.1 Opsioni i projektimit
diodë me pikë
Diodë mikroaliazh zënë një pozicion të ndërmjetëm midis atyre planare dhe pikësore. Diodat e mikroaliazhit, të cilat gjithashtu kanë një zonë të vogël kryqëzimi.
Gjatë prodhimit diodë mikroaliazh Një kryqëzim p-n formohet, për shembull, nga mikrofuzioni i një teli të hollë ari me një aditiv në një kristal (për shembull Ge).
galium në fund.
Diodat me nyje mikroaliazhe krahasohen në mënyrë të favorshme me diodat pikësore me stabilitet më të mirë të parametrave, por kapaciteti i tyre i kryqëzimit është më i lartë dhe frekuencat kufizuese janë më të ulëta se ajo e diodave me pikë.
Diodë aliazh
Gjatë prodhimit diodat e aliazhit papastërtia shkrihet në silikon ose në një nënstacion tjetër.
Tranzicionet me vrima elektronike të diodave të aliazhit - i mprehtë.
Oriz. 6.2 Dioda, struktura dhe dizajni i aliazhit
Diodë aliazhi me fuqi të ulët- një diodë me një vlerë mesatare aktuale të korrigjuar jo më shumë se 0.3 A. Një kolonë cilindrike prej alumini (Al) është shkrirë në mes të një pllake silikoni (Si) me përçueshmëri të tipit n (Fig. 6.2.1). Atomet e aluminit shpërndahen (depërtojnë) në pllakë, si rezultat i së cilës përçueshmëria e një pjese të vëllimit të pllakës afër kolonës bëhet vrimë (lloj p). Midis tij dhe pjesës tjetër të vëllimit të pllakës aр-n kryqëzim
me përçueshmëri të mirë nga alumini në silikon. Ndërtimet diodë aliazh
– në Fig. 6.2.3.
Një diodë ndreqëse e aliazhit të germaniumit me fuqi të ulët ka një dizajn të ngjashëm, vetëm indiumi shkrihet në pllakën e germaniumit.- diodë me një vlerë mesatare aktuale të korrigjuar nga 0.3 në 10 A. Letër alumini vendoset midis vaferave të silikonit të tipit n dhe të tipit p dhe nxehet. Alumini lidhet me silikon dhe formohet një bashkim p-n brenda pllakës monolit që rezulton (Fig. 6.2.2).
Ky dizajn është paraqitur në (Fig. 6.2.4)
Diodë difuzioni
me përçueshmëri të mirë nga alumini në silikon. aliazh dhe dioda difuzioni të ngjashme.
Gjatë prodhimit diodat e difuzionit Një bashkim pn krijohet në temperaturë të lartë nga shpërndarja e një papastërtie në silikon ose germanium nga një mjedis që përmban çiftet e papastërtive material.
Oriz. 6.3 Dioda e difuzionit
Kryqëzimi planar p-n i difuzionit bëhet në bazë silikonn-lloj ose germanium i tipit p.
Difuzuesit në rastin e parë janë bor (B), dhe në të dytin, antimoni (Sb). Difuzioni ndodh kur nxehet në një furrë me hidrogjen.
Pllaka Si nxehet në një temperaturë afër pikës së shkrirjes dhe tableta e borit nxehet deri në avullim. Në këto kushte, atomet e borit (B) depozitohen në sipërfaqen e pllakës dhe shpërndahen thellë në të. Si rezultat, në sipërfaqen e kristalit Si formohet një shtresë Si e tipit p. Gdhendja e mëvonshme e heq këtë shtresë nga të gjitha faqet e pllakës, përveç njërës.
Ndërmjet shtresës së difuzionit të silikonit të tipit p dhe pllakës Si të tipit n formohet e lëmuar Kryqëzimi р-n (Fig. 6.3), në të cilin emetuesi është një shtresë difuzioni shumë e dopuar.
Metoda e difuzionit lejon kontroll mjaft të saktë të procesit të prodhimit të tranzicionit, si rezultat i të cilit sigurohet uniformiteti i parametrave të tranzicioneve të prodhuara.
Strukturisht, diodat e difuzionit planar janë projektuar në kuti metalike me priza. Për të përmirësuar shpërndarjen e nxehtësisë, kristali ngjitet drejtpërdrejt në trup, i cili shërben si një nga terminalet.
Diodat epitaksiale
Epitaksiale(diodat e difuzionit planar, epitaksial-planar) prodhohen nga epitaksi dhe difuzioni lokal.
Epitaksiështë procesi i rritjes së shtresave me një kristal në një substrat, i cili vepron si një strukturë mbështetëse e strukturës duke ruajtur orientimin e kristaleve të nënshtresës.
Epitaksi bën të mundur rritjen e shtresave të çdo lloji të përcjellshmërisë, rezistencës së kërkuar dhe çdo trashësie (deri në disa mikrometra).
Difuzion lokal quhet krijimi i një kryqëzimi pn nga difuzioni i atomeve të papastërtive në shtresën epitaksiale përmes një dritareje në një maskë (për shembull, nga oksidi i silikonit)
Oriz. 6.4 Diodë planare epitaksiale, kryqëzim pn -1
Sekuenca e prodhimit: baza është bërë duke rritur një shtresë n epitaksiale (3) me përçueshmëri të reduktuar në një substrat (4) me përçueshmëri të rritur, oksidim (2) - duke krijuar një shtresë oksidi të Si0 2, duke formuar një "dritare" në shtresën okside e dioksidit të silikonit Si0 2 duke e gravuar filmin oksid, pastaj papastërtia e dhuruesit (bor ose alumini) shpërndahet në shtresën epitaksiale përmes dritares, duke krijuar një kryqëzim p-n (1).
Metalizimi i jastëkëve në n+ dhe p+ për plumbat kryhet.
Plumbat janë formuar dhe instaluar në strehim.
Diodat e difuzionit planar karakterizohen nga besueshmëri e lartë, parametra të qëndrueshëm dhe jetë të gjatë shërbimi.
Diodat planare kanë zona të mëdha tranzicioni, si rezultat i të cilave ato karakterizohen nga kapacitete të mëdha dhe rryma të mëdha funksionimi (deri në qindra dhe madje mijëra amper). Përdoret në fuqi me frekuencë të ulët pajisje elektronike(fuqi).
Diodat ndreqës
Projektuar për të kthyer tensionin (rrymë) alternative në tension të drejtpërdrejtë (rrymë) në qarqet e stabilizatorit elektronik.
Diodat ndreqëse gjysmëpërçuese janë dukshëm më të larta se të gjitha llojet e tjera të valvulave (valvulat e llambave) në besueshmërinë operacionale dhe jetën e shërbimit. Prandaj, ato janë më të përdorurat në furnizimin me energji elektrike.
Karakteristikat I-V të diodave- karakteristika kryesore e diodave gjysmëpërçuese.
Shembull
Qarku ekuivalent i diodës ndreqës
Oriz. 6.5 Qarku ekuivalent i diodës
r pn = T /I (6.1)
T potenciali i temperaturës;
r b – njësi - dhjetëshe [Ohm];
C d - njësi - dhjetëra [pF]
Rënia e tensionit përpara të diodave të silikonit ndreqës nuk kalon
(1-2) V dhe më shumë se ai i germaniumit.
Kështu, në pajisjet ndreqëse të tensionit të ulët është më fitimprurëse të përdoren diodat e germaniumit.
Por diodat e silikonit kanë rryma të kundërta shumë herë më të ulëta në të njëjtin tension sesa diodat e germaniumit, kështu që ato përdoren kryesisht.
Tensioni i kundërt i lejuar i diodave të germaniumit qëndron brenda:
U o 6 pGe = 100-400 V, dioda silikoni: U o 6 psi = 1 000 - 1500 B.
Shembull: ndreqës diodë
Funksionimi i një diode ndreqës gjysmëpërçues bazohet në pronë
Një kryqëzim p-n lejon që rryma të kalojë vetëm në një drejtim. Qarku ndreqës më i thjeshtë (gjysmë valë) i bazuar në një diodë gjysmëpërçuese, Fig. 6.6:
Oriz. 6.6 Qarku ndreqës gjysmëvalë
Transformatori përdoret për të kthyer vlerën e tensionit, d.m.th. për të marrë tensionin e specifikuar në daljen e ndreqësit.
Në këtë qark, rryma përmes diodës dhe ngarkesës R H rrjedh vetëm gjatë gjysmë cikleve pozitive të tensionit të hyrjes U psh , dhe kurba e tensionit në ngarkesë do të përbëhet nga gjysmë valë pozitive të një vale sinus (nëse kapaciteti C është i shkëputur)
Kapaciteti C zbut valëzimet e tensionit unipolar në ngarkesën Rн.
Për të shmangur humbjen e tensionit të gjysmë ciklit, përdoret qark ndreqës me valë të plotë -qarqet e mesit dhe urës.
Fig.6.8 Ndezja e diodave në një qark urë (a) dhe diagramet e tensionit të daljes në hyrje të qarqeve gjysmëvalë dhe me valë të plotë (b).
Parametrat e diodës ndreqës (bazë)
1. Rryma maksimale e lejueshme e diodës përpara Nër.maksimumi
2. Rënia e tensionit përpara Unp - vlera e tensionit përpara në diodë në një të dhënë
vlera aktuale e ardhshme;
3. Tensioni i kundërt maksimal i lejuar Uarr.maksimumi
4. Frekuenca maksimale e funksionimit, fmax
5. Shpërndarja maksimale e lejueshme e fuqisë Rdop.maksimumi
Diodë Zener
Diodë Zener- diodë gjysmëpërçuese e krijuar për të stabilizuar tensionin.
Oriz. 6.8 Simboli grafik
Materiali i përdorur për diodat zener gjysmëpërçues është zakonisht silikoni, i cili ka qëndrueshmëri të lartë të temperaturës.
Oriz. 6.9 Karakteristikat I-V të një diode zener
NË lidhje direkte e karakteristikës rrymë-tension Dioda zener praktikisht nuk ndryshon nga dega e drejtë e çdo diode silikoni.
Dega e kundërt e karakteristikës së tensionit aktual duket si një vijë e drejtë vijë vertikale, që shkon pothuajse paralel me boshtin aktual.
Mënyra normale e funksionimit të diodës zener është funksionimi me tension të kundërt në zonën e prishjes elektrike p- n tranzicionit.
Krahasuar me diodat konvencionale, një diodë zener ka një tension prishjeje mjaft të ulët (kur ndizet në të kundërt) dhe mund ta mbajë këtë tension në një nivel konstant edhe me një ndryshim të rëndësishëm në fuqinë e rrymës së kundërt.
Materiali gjysmëpërçues i diodave zener, kanë përqendrim i lartë i papastërtive aliazh (tranzicion i ngushtë). Prandaj, në tensione relativisht të vogla të kundërta, një fushë e fortë elektrike lind në kryqëzim, duke e shkaktuar atë prishje elektrike, në këtë rast është i kthyeshëm (nëse prishja termike nuk ndodh për shkak të shkeljes së bilancit termik).
Funksionimi i diodës zener bazohet në dy mekanizma:
- avari orteku(Zbërthimi i ortekëve) zakonisht zhvillohet në mjaft gjerësi fq- n-kalimet. Tensioni i stabilizimit > 5-6V.
- prishja e tunelit (Zbërthimi Zener, Zener, në letërsinë angleze, diodë Zener) ,
zhvillohet në të hollë p-n tranzicionet me forcë të lartë të fushës elektrike. Tensioni i stabilizimit< 5В.
Ato janë të pranishme në çdo diodë zener së bashku, por vetëm njëra prej tyre mbizotëron.
Kur rryma përmes pajisjes ndryshon në një gamë të gjerë, rënia e tensionit në të praktikisht nuk ndryshon. Kjo veti e diodave zener të silikonit lejon që ato të përdoren si stabilizues të tensionit.
Për të parandaluar prishjen termike, dizajni i diodës zener parashikon heqjen e nxehtësisë nga kryqëzimi p-n.
Shembull:Qarku i lidhjes së diodës Zener (stabilizues parametrik)
Skema më e thjeshtë e stabilizimit Tensioni DC- oriz. 6.10
Tensioni i daljes së stabilizatorit duhet të mbetet konstant kur ndryshon tensioni i daljes ose ndryshon rezistenca e ngarkesës.
Oriz. 6.10 Stabilizues parametrik
Tensioni i daljes së stabilizatorit nuk mund të jetë absolutisht i qëndrueshëm. Rritjet U cm janë të vogla dhe varen nga rritjet e tensionit të hyrjes Uhyrje .
U in = U cm + I R 0 R 0 , (6.2)
ku r q - rezistenca kufizuese e rrymës.
I R 0 = (Hyrja U - U cm)/ R 0 , (6.3)
Me një rritje të tensionit të hyrjes Uin + Uin
I’ R 0 = (U në + U në - U cm)/ R 0 (6.4)
Në këtë rast, I' R 0 > I R 0 dhe I' cm > I cm, rryma përmes diodës zener rritet.
Parametri që përcakton cilësinë e stabilizatorit është koeficienti i stabilizimit.
Koeficienti i stabilizimit përkufizohet si më poshtë:
(me 1 N të konsideruar konstante)
(6.5)
Parametrat bazë të diodave zener
2. Rryma minimale e stabilizimit 1 rr (~ 3 mA) - vlera e rrymës që kalon
Diodë Zener, në të cilën ndodh një avari e qëndrueshme.
3. Rryma maksimale e stabilizimit 1 rr MAX (~20 mA – 1A) - vlera aktuale
që rrjedh nëpër diodën zener, në të cilën fuqia e shpërndarë në diodën zener nuk është
tejkalon vlerën e lejuar.
4. Shpërndarja maksimale e fuqisë P pa Me c = U cm I cm - fuqia maksimale e lëshuar
në kryqëzimin p-n, në të cilin nuk ndodh prishje termike e kryqëzimit.
5. Rezistenca diferenciale r cm = U cm / I cm raporti i rritjes së tensionit
në diodën zener në rritjen e rrymës në modalitetin e stabilizimit. Karakterizon shkallën
qëndrueshmëria e tensionit të stabilizimit kur ndryshon rryma e prishjes.
Në vendin e stabilizimit r cm~konst; r cm= 0,5 - 200 Ohm.
6. Stabilizimi i koeficientit të temperaturës së tensionit (TKU).
(6.6)
ku t 1 °C është temperatura fillestare.
TKU = 0,1 ...0,01%/°С
Për vetë-studim
SHTOJCA 3
Emërtimi i diodës
XXXXXX(për shembull, KD243A)
1 element (shkronja ose numri) tregon materialin burimor:
G (1) - germanium;
K (2) - silikon;
A (3) - komponimet e galiumit;
Dhe (4) - komponimet e indiumit.
Nëse nuk ka një shkronjë, por një numër, kjo do të thotë që pajisja mund të funksionojë në temperatura të ngritura (pajisja e germaniumit në 70 C; pajisja e silikonit në 120 ° C).
2 element (letra) tregon llojin e diodës gjysmëpërçuese:
D - ndreqës, universal, impuls;
A - frekuencë ultra e lartë;
C - dioda zener dhe stabilizues;
Dhe - tuneli dhe ballafaqimi;
B – varicaps;
C - postimet korrigjuese;
L – rrezatues;
F – fotodetektorë.
3 element (shifror) - një numër që përcakton qëllimin dhe vetitë cilësore të diodave.
1 - Dioda ndreqës me fuqi të ulët (1 pr e mërkurë < 0, PËR);
2 - Diodat ndreqëse me fuqi mesatare (0.3A< 1pr e mërkurë < 10A);
4. Dioda pulsi me kohë rikuperimi më pak se 500 ns.
Për diodat zener 3 Elementi i th i përcaktimit përcakton indeksin e fuqisë.
Shembull:
R tah < 0.3 W: 1 U cma b< 10в
2 10B< U cma 6 < 99B;
3 100 V< U стаб < 199В.
0.3 BT< P maksimumi < 5 W: 4 U cma b<10В;
4 dhe 5 elementet (shifra) - numri serial i zhvillimit (nga 0 në 99).
Për diodat zener, ky është një përcaktim për tensionin e stabilizimit.
Shembull: KS156 A -5.6V
6-të element (letra) përcakton llojin e pajisjes sipas karakteristikave teknologjike, dhe për diodat zener dhe stabilizuesit - tregon sekuencën e zhvillimit.
Shembull: GD412A- diodë gjysmëpërçuese, germanium, universal, germanium, numri i zhvillimit 12, grupi A.
**************************************************************
D9, D102 - emra "të vjetër".
Nëse në sipërfaqen e gjysmëpërçuesit aplikohet një shtresë mbrojtëse me vrima dhe papastërtia shpërndahet nëpër këto vrima, fitojmë planare p-n kryqëzim.
Kapaciteti i brendshëm i diodave të difuzionit është më i vogël se ai i diodave të shkrirë dhe arrin në C d 1...2 pF.
Shënimi PPD ofron gjashtë karaktere. Karakteri i parë - një shkronjë (për diodat për qëllime të përgjithshme) ose një numër (për diodat speciale - që funksionojnë në temperatura të ngritura) - tregon materialin gjysmëpërçues: G (1) - germanium, K (2) - silikon, A (3) - GaAs. Simboli i dytë është një shkronjë që tregon nënklasën e diodës: D - ndreqës, dioda me frekuencë të lartë (universale) dhe pulsuese; B – varikape; C – diodat zener dhe stabilizuesit; L - LED. Karakteri i tretë është një numër që tregon qëllimin e diodës (për diodat zener - fuqia e shpërndarjes): tre - ndërrimi, katër - universale. Karakteret e katërt dhe të pestë janë një numër dyshifror që tregon numrin serial të zhvillimit (për diodat zener - tensioni i vlerësuar i stabilizimit). Karakteri i gjashtë është një shkronjë që tregon grupin parametrik të pajisjes (për diodat zener, sekuenca e zhvillimit).
Shembuj të shenjave të diodës:
GD 412A – (G) – germanium, (D) – diodë, (4) – universale, (12) – numri i zhvillimit, (A) – grupi;
KS 196 V - (K) - silikon, (C) - diodë zener, (1) - fuqia në distancë jo më shumë se 0,3 W, (96) - tensioni i vlerësuar i stabilizimit 9,6 V, (V) - zhvillimi i tretë. Emërtimet e diodave në qarqet elektrike janë paraqitur në Fig. 1.6
.
1. 6. Diodat ndreqëse
Funksionimi i një diode ndreqës bazohet në vetinë e një kryqëzimi p-n për të kaluar rrymë në një drejtim - përpara.
Dega e drejtpërdrejtë e karakteristikës së tensionit aktual të diodës ndreqëse, e paraqitur në Fig. 1.7, është lineare edhe në një rrymë të vogël përpara. Kjo është zona kryesore e funksionimit të karakteristikës së diodës.
Parametrat kryesorë të diodave ndreqës që karakterizojnë funksionimin e tyre në qarqet ndreqës përfshijnë:
U av.av – vlera mesatare rënie e drejtpërdrejtë tensioni i përcaktuar nga karakteristikat e tensionit aktual në një vlerë të caktuar prej I pr.sr;
I arr - vlera mesatare e rrymës së kundërt në një vlerë të caktuar të tensionit të kundërt U arr;
ƒ – diapazoni i frekuencës së funksionimit brenda të cilit rryma e diodës nuk ulet nën një vlerë të caktuar. Librat e referencës shpesh japin frekuencën maksimale të diapazonit ƒ max.
Për më tepër, parametrat e mënyrës elektrike kufizuese të diodës janë:
U rev.max – amplituda maksimale e lejueshme e tensionit të kundërt;
I pr.max – vlera maksimale e rrymës së përparme.
Diodat ndreqës ndahen në dioda të vogla (I pr.sr.< 0,3 А), средней (0,3 < I пр.ср < 10 А) и большой (I пр.ср >10 A) fuqia.
Për të rritur tensionin e kundërt të lejuar, prodhohen shtylla të tensionit të lartë në të cilat janë lidhur disa dioda në seri, si dhe njësi ndreqës që përmbajnë dioda të lidhura si seri ashtu edhe paralele (për të rritur rrymën e përparme).
Zona e aplikimit të diodave ndreqës - konvertuesit AC në tension DC(ndreqësit - konvertuesit AC-DC.
1.7. Diodat Schottky
Në vitin 1939, fizikani gjerman Voltaire Schottky zbuloi eksperimentalisht fenomenin e korrigjimit të sinjaleve të dobëta në zonën e kontaktit të një gjilpëre metalike me një kristal gjysmëpërçues. Pas emrit të shkencëtarit, diodat e bazuara në një kontakt metal-gjysmëpërçues quheshin dioda Schottky.
Që të lindë një pengesë e mundshme, është e nevojshme që funksionet e punës së metalit dhe gjysmëpërçuesit të jenë të ndryshme. Në një gjysmëpërçues të tipit n, funksioni i punës nga ai në metal duhet të jetë më i vogël se nga metali në gjysmëpërçues (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 dallimi në kontakt potencialet: U k = (F OUT m – F OUT n) /e, ku e është ngarkesa e elektronit. Për shkak të përçueshmërisë së lartë elektrike të metalit, fusha elektrike nuk depërton në të dhe krijohet një ndryshim potencial Uk në shtresën afër sipërfaqes së gjysmëpërçuesit. Kur bëhet një diodë Schottky (Fig. 1.8), një kristal gjysmëpërçues i dopuar lehtë (Si, GaAs) është i veshur me shtresë e hollë metali (Au, Al, Ag, Pt, etj.) me anë të metodave të avullimit me vakum, spërkatjes me katodë ose depozitimit kimik ose elektrolitik. Në këtë rast, në rajonin afër kontaktit të gjysmëpërçuesit, si në diodat me një kryqëzim elektron-vrimë, lind një pengesë potenciale, një ndryshim në lartësinë e së cilës nën ndikimin e një tensioni të jashtëm çon në një ndryshim të rrymës. përmes pajisjes.
Karakteristika e rrymës-tensionit të pengesës Schottky (Fig. 1.9) ka një pamje të theksuar asimetrike. Në rajonin e paragjykimit përpara, rryma rritet në mënyrë eksponenciale me rritjen e tensionit të aplikuar. Në rajonin e paragjykimit të kundërt, rryma nuk varet nga voltazhi. Në të dyja rastet, me paragjykim përpara dhe të kundërt, rryma në pengesën Schottky është për shkak të shumicës së transportuesve të ngarkesës - elektroneve. Për këtë arsye, diodat e bazuara në pengesën Schottky janë pajisje me veprim të shpejtë, pasi atyre u mungojnë proceset e rikombinimit dhe difuzionit. Rënia e tensionit përpara të një diode silikoni Schottky është shumë e vogël, zakonisht në rendin prej 0,2...0,45 V. Rënia e tensionit është proporcionale me tensionin maksimal të kundërt. Për shembull, rënia e tensionit në një diodë me një tension të kundërt 10 V mund të jetë deri në 0,3 V. Sa më i lartë të jetë tensioni maksimal i kundërt dhe vlerësimi i rrymës, aq më e madhe është rënia e tensionit përpara për shkak të rritjes së trashësisë së shtresës n.
Disavantazhet e diodave Schottky:
së pari, nëse tensioni maksimal i kundërt tejkalohet për një kohë të shkurtër, dioda Schottky dështon në mënyrë të pakthyeshme, ndryshe nga diodat e silikonit, të cilat kalojnë në modalitetin e prishjes së kundërt dhe me kusht që fuqia maksimale e shpërndarë në diodë të mos tejkalohet, pas heqjes së tensionit, dioda rikthen plotësisht. vetitë e tij;
së dyti, diodat Schottky karakterizohen nga rryma të kundërta të rritura (në raport me diodat konvencionale të silikonit), të cilat rriten me rritjen e temperaturës së kristalit.
Aktualisht, për nevojat e konvertuesit dhe elektronikës së energjisë, është zotëruar prodhimi i diodave Schottky bazuar në karabit silikoni. Në veçanti, kompania CREE prodhon dioda Schottky të bazuara në karabit silikoni me tensione deri në 1200V dhe rryma deri në 20A.
Avantazhi kryesor i diodave SiC Schottky me tension të lartë (HSD) janë karakteristikat e tyre të jashtëzakonshme dinamike. Ngarkesa e kundërt e rikuperimit (Qrr) e këtyre diodave është jashtëzakonisht e ulët (më pak se 20 nC) dhe, si rezultat, humbjet e ndërrimit janë minimale në aplikacionet tipike të elektronikës së fuqisë komutuese. Për më tepër, ndryshe nga diodat e silikonit PinN, shkalla e rritjes së rrymës (di/dt) nuk varet nga rryma e përparme dhe temperatura. Diodat funksionojnë normalisht kur temperatura maksimale kalim 175°C.
Kompania CREE prodhon një gamë të vogël të diodave SiC Schottky, e cila përbëhet nga tre grupe: DS për tensione 300, 600 V dhe 1200 V.
Diodat Schottky prodhohen nga CREE në pako standarde plastike TO-220, DPAK, D2PAK, TO-247-3, TO-263.
Avantazhet e përdorimit të diodave SiC
Diodat Schottky nga CREE përdoren në elektronikën e fuqisë pulsuese: në qarqet korrigjuese të faktorit të fuqisë, në motorët elektrikë, etj. Përdorimi i këtyre diodave justifikohet kur funksionon në frekuenca dhe tensione të larta dhe e bën përdorimin e tyre ekonomik.
Falë vetive unike të diodave SiC, ato mund të funksionojnë në frekuenca deri në 500 kHz, duke siguruar efikasitet të lartë të pajisjes prej rreth 92%.
Kur funksionojnë në frekuenca të larta, dimensionet e induktorëve zvogëlohen me afërsisht 30%. Për shkak të mungesës së rrymës së rikuperimit të kundërt, ndërhyrja elektromagnetike zvogëlohet, gjë që mund të kursejë koston e një mbrojtësi të mbitensionit.
Madhësia dhe pesha e reduktuar sistemet elektronike nxitur fillimisht nga kërkesa e tregut për rritjen e densitetit të energjisë. Për të arritur këtë qëllim pa cenuar funksionalitetin e sistemit, është e nevojshme të zvogëlohet madhësia dhe pesha e furnizimit me energji komutuese të këtij sistemi. Në këtë kuptim, diodat SiC kanë një numër të veti të jashtëzakonshme:
Koha shumë e shkurtër (pothuajse zero!) e rikuperimit të transportuesve kryesorë të ngarkesës gjatë ndërrimit;
Më shumë tension të lartë prishje se ajo e pajisjeve silikoni;
Temperatura e lartë funksionon deri në +175°C;
Frekuencë e lartë e ndërrimit, deri në 500 kHz, e cila zvogëlon madhësinë e filtrit EMI dhe madhësinë e komponentëve të tjerë pasivë.
Reduktimi ose eliminimi i qarqeve aktive ose pasive të amortizatorëve.
Koeficienti pozitiv i temperaturës së rënies së tensionit përpara lejon lidhjen paralele të diodave pa qarqe shtesë kompensuese.
