İki n ve p tipi yarı iletkenin temasına p-n bağlantısı veya n-p bağlantısı denir. Yarı iletkenler arasındaki temas sonucunda difüzyon başlar. Elektronların bir kısmı deliklere, bir kısmı da elektron tarafına gider.
Sonuç olarak, yarı iletkenler yüklenir: n-pozitif ve p-negatif. Geçiş bölgesinde ortaya çıkan elektrik alanı elektronların ve deliklerin hareketine müdahale etmeye başladıktan sonra difüzyon duracaktır.
Bir pn bağlantısını bağlarken ileri yön akımı kendi içinden geçirecektir. Pn bağlantısını ters yönde bağlarsanız, pratik olarak akım geçmez.
Açık sonraki program Pn ekleminin doğrudan ve ters bağlantılarının akım-gerilim özellikleri gösterilmiştir.
Yarı iletken diyot üretimi
Düz çizgi, pn bağlantısının doğrudan bağlantısının akım-gerilim karakteristiğini, noktalı çizgi ise ters bağlantıyı gösterir.
Grafik, pn bağlantısının akıma göre asimetrik olduğunu göstermektedir, çünkü ileri yönde bağlantı direnci ters yöne göre çok daha azdır.
Bir pn bağlantısının özellikleri, elektrik akımını düzeltmek için yaygın olarak kullanılır. Bunu yapmak için pn bağlantısına dayalı bir yarı iletken diyot yapılır.
Tipik olarak yarı iletken diyotların yapımında germanyum, silikon, selenyum ve bir dizi başka madde kullanılır. N tipi yarı iletkenliğe sahip germanyum kullanılarak bir pn bağlantısı oluşturma sürecine daha yakından bakalım.
Böyle bir geçiş, iki yarı iletkenin mekanik olarak birbirine bağlanmasıyla elde edilemez. farklı türler iletkenlik. Bu imkansızdır çünkü yarı iletkenler arasında çok büyük bir boşluk oluşur.
Ve pn ekleminin kalınlığının atomlar arası mesafelerden büyük olmamasına ihtiyacımız var. Bunu önlemek için numunenin yüzeylerinden birine indiyum eritilir.
Yarı iletken bir diyot oluşturmak için, indiyum atomları içeren p katkılı bir yarı iletken, yüksek bir sıcaklığa ısıtılır. N-tipi yabancı maddeler çiftleri kristalin yüzeyinde biriktirilir. Ayrıca difüzyon nedeniyle kristalin kendisine dahil edilirler.
P tipi iletkenliğe sahip bir kristalin yüzeyinde n tipi iletkenliğe sahip bir bölge oluşur. Aşağıdaki şekil şematik olarak bunun neye benzediğini göstermektedir.
Kristalin havaya ve ışığa maruz kalmasını önlemek için mühürlü metal bir kutuya yerleştirilir. Temel olarak elektrik şemaları diyot aşağıdaki özel simgeyle gösterilir.
Yarı iletken doğrultucular çok yüksek güvenilirliğe ve uzun hizmet ömrüne sahiptir. Ana dezavantajları yalnızca küçük bir sıcaklık aralığında çalışabilmeleridir: -70 ila 125 derece arası.
Şu anda, galyum arsenitte bağlantıların üretilmesi için üç ana yöntem grubu kullanılmaktadır: difüzyon, gaz fazı epitaksi ve gaz fazı epitaksi. sıvı faz. Daha önce yarı iletken teknolojisinde kullanılan füzyon yöntemi, oyulmuş ve düz bir elektron-delik bağlantısı oluşturmadığından ve bu nedenle lazer diyotların üretimi için uygun olmadığından artık PCB teknolojisinde kullanılmamaktadır. Bu nedenle, artık PCG diyotlarının üretimi için ana yöntemler difüzyon ve epitaksi yöntemleridir.
8.3.1. Difüzyon yöntemi
Difüzyon teorisi, difüzyon işlemi sırasında safsızlık atomlarının birbirleriyle etkileşime girmediği ve difüzyon hızının konsantrasyonlarına bağlı olmadığı varsayımına dayanmaktadır. Bu varsayıma dayanarak şunu elde ettik: temel denklemler difüzyon - Fick yasaları. Fick'in birinci yasası, difüzyon akısını konsantrasyon gradyanı ile orantılı bir miktar olarak tanımlar (tek boyutlu difüzyonla izotermal koşullar altında)
yayılan atomların konsantrasyonu nerede; x - mesafe koordinatı; difüzyon katsayısı.
Fick'in ikinci yasası difüzyon hızını belirler
Bu yasalara dayanarak yarı sınırlı bir numunedeki safsızlık konsantrasyonunun dağılımını bulmak mümkündür. Durum için başlangıç konsantrasyonu kristalin büyük kısmında sıfıra yakındır ve yüzey konsantrasyonu sabittir ve sabit kalır, x zamanından sonra x derinliğindeki safsızlık konsantrasyonu eşittir
Difüzyon, birim başına safsızlık konsantrasyonu kalınlığında ince bir tabakadan meydana geliyorsa
yüzey, daha sonra safsızlık dağılımı denklemle ifade edilir
Bir numunedeki safsızlıkların dağılımına ilişkin konsantrasyon profillerinin belirlenmesi, radyoaktif izleyiciler yöntemiyle veya numunenin eğik bir bölümü boyunca "direnç yayılımını" ölçen prob yöntemiyle gerçekleştirilir.
Difüzyon katsayısının sıcaklığa bağımlılığı şu şekildedir:
Bununla birlikte, ikili yarı iletkenlerde bu bağımlılık, Fick yasasından sapmalar nedeniyle her zaman korunmaz, çünkü safsızlık, bileşiğin bileşenlerinden biriyle veya bileşiğin ayrışması sırasında uçucu bileşenin buharlaşması nedeniyle oluşan boşluklarla etkileşime girer. Bazen, bir safsızlığın bir bileşiğin bileşenleri ile etkileşimi sonucunda, orijinal ikili yarı iletkenden daha kararlı olan yeni bileşikler oluşur. Bu tip bileşiklerde difüzyon, atomların III ve V gruplarının elemanlarının alt örgü bölgeleri boyunca hareketi yoluyla meydana gelir. Difüzyonun aktivasyon enerjisi, düğümleri boyunca difüzyonun meydana geldiği alt örgü tipine bağlıdır. Ancak bu mekanizma tek mekanizma değildir; Örneğin, safsızlıkların aralıklar boyunca yayılması mümkündür. İncelemelerde çeşitli yabancı maddelerin ikili yarı iletkenlere yayılması tartışılmaktadır. Safsızlıkların galyum arsenite difüzyonuna ilişkin veriler tabloda verilmiştir. 8.3.
Difüzyon yöntemiyle bağlantı noktalarının imalatı, hem donörlerin -tipi galyum arsenide hem de alıcıların -tipi malzemeye difüzyonuyla yapılabilir. Donörlerin yayılması çok yavaş gerçekleştiğinden, genellikle alıcıların yayılması gerçekleştirilir. Enjeksiyon üretiminde kullanılan en yaygın alaşım safsızlıkları alıcı - çinko ve donör - tellürdür. Endüstri, PKG üretimine yönelik, bunların konsantrasyonlarına tellür katkılı galyum arsenit tek kristalleri üretmektedir.
(taramayı görüntülemek için tıklayın)
yukarıda gösterildiği gibi konsantrasyonlar optimaldir. Bu tek kristallerden kesilen plakalardaki elektron-delik bağlantısı çinko difüzyonu ile üretilir, bu da çok yüksek olmayan sıcaklıklarda istenen herhangi bir derinlikte hızlı bir şekilde bağlantı noktası oluşturulmasını mümkün kılar.
Difüzyon için gelen galyum arsenit plakalarının özel olarak hazırlanması gerekir. Öncelikle X-ışınları kullanılarak kristalde indeksi (100) olan bir düzlem belirlenir. Daha sonra kristal bu kristalografik düzleme paralel ince tabakalar halinde kesilir. Düzlem seçimi aşağıdaki hususlara göre belirlenir. Bileşiklerin kristalleri (110) düzlemi boyunca kolayca kırılır. Bu bileşiklerin karakteristik özelliği olan sfaleritin kübik yapısında üç düzlem (110) vardır, dik düzlemler(111) ve iki dikey (100). (111) düzlemi seçilirse üçgen PKG diyotlar üretilebilir.
Tipik Fabry-Perot rezonatörlerine sahip diyotlar, (100) düzlemine paralel olarak (110) boyunca basit bir çift bölünmeyle kesilmiş plakalardan kolaylıkla yapılır. Bu rezonatör düzlemleri, diyotun aktif katmanının kalınlığı yalnızca 1-2 mikron olduğundan, gelecekteki bağlantı noktasına kesinlikle dik olmalıdır. Sonuç olarak, rezonatör düzlemindeki önemsiz sapmalar, radyasyonun aktif bölgeden kaçmasına neden olabilir. Bu gereksinimi karşılamak için plakanın bir tarafı, difüzyondan önce yarılmış düzlemlere dik tane büyüklüğü 5 μm olan bir toz ile öğütülür. Plakanın zemin yüzeyi, cam üzerinde parlatma tozuyla (önce 1 μm ve daha sonra 0,3 μm tane boyutunda) elle parlatılır. Bazen kimyasal cilalama da kullanılır.
Çinkonun cilalı galyum arsenit plakasına difüzyon işlemi ya kapalı bir hacimde (kapalı bir ampulde) ya da bir akış sisteminde gerçekleştirilir. Ancak daha sık olarak kapalı bir sistem kullanılır. Bunu yapmak için, ampul ilk önce yaklaşık mm Hg'lik bir artık basınca kadar pompalanır. Sanat. Çinko kaynağı olarak ya elementel çinko ya da bileşikleri alınır. İkinci bileşik, katı faz oranının bir karışımıdır.
difüzyonun sıcaklık koşullarına bağlı olarak seçilir. Safsızlık kaynağı olarak elementel çinko kullanılıyorsa, elementel arsenik de ampulün içine veya oranında eklenir. Aşağıda görüleceği gibi, ampul içindeki arseniğin basıncı şu şekildedir: büyük değer bu süreçte.
Geçişleri oluşturmak için teknolojide kullanılan difüzyon süreçlerinin üç çeşidi vardır.
1. Tek adımda çinko difüzyonu arsenik atmosferinde plakaya (100) veya (111) sıcaklıkta gerçekleştirilir. Çinko ve arsenik, gaz fazındaki toplam konsantrasyonlarının olması gerektiği oranda ampule yüklenir. İşlemin sonunda, ampul su ile keskin bir şekilde soğutulur. İşlemin süresi istenilen geçiş derinliğine göre seçilir.
Bu koşullar altında üç saatlik difüzyon sonucunda yaklaşık 20 μm derinlikte bir geçiş oluşur.
2. Çinkonun difüzyonu ve ardından arsenik atmosferinde tavlama. Difüzyon işlemi yukarıda anlatılana benzer ancak difüzyon işleminin sonunda plaka başka bir ampul içerisine konulur ve burada arsenik de bir miktar yük ile birlikte mm Hg'ye kadar pompalanır. Sanat. Tavlama için 900 °C sıcaklıktaki bir fırında tutulur ve telafi edilen alanın genişletilmesine, aktif geçiş katmanının düzleştirilmesine ve pürüzsüz, keskin olmayan bir geçiş oluşturulmasına yardımcı olur. Optimum koşullar Aşama I (difüzyon) - sıcaklık çinko konsantrasyon oranı aşama I süresi Aşama II (tavlama) - sıcaklık 900 veya - arsenik konsantrasyonu aşama II süresi Bu koşullar altında difüzyon derinliği yaklaşık 8 mikrondur.
3. Üç aşamalı difüzyon. Yukarıda anlatılan iki aşamalı difüzyon sürecine üçüncü bir aşama eklenir; çinkonun sığ difüzyonu ile bir katman oluşturulur
Ampulün difüzyon ve soğutma işleminin sonunda, galyum arsenit plakası çıkarılır ve geçişi tanımlamak, oluşum derinliğini belirlemek ve özelliklerini görsel olarak gözlemlemek için kenarı yarılır: düzgünlük, genişlik vb. ile
Geçişin açıkça görülebilmesi için çip bir çözelti içinde kazınır veya yontulmuş yüzeye bir damla çözelti uygulanır ve 15 - 30 saniye bekletilir, ardından plaka damıtılmış su ile durulanır. Kazınmış yüzeyde iki çizgi görülebilir: alt çizgi geçiş sınırını tanımlar ve üst çizgi ise -tipi malzemenin dejenerasyonunun başladığı yerdir.
Galyum arsenide çinko difüzyonunun mekanizması. Galyum arsenitteki çinko konsantrasyonunun difüzyon sonucu dağılımı anormaldir. Aşağıdaki sıcaklıklarda çinko difüzyonu için, Gauss hata fonksiyonuyla, yani denklemler (8.4) ve (8.5) ile açıklanabilir; bu durumda difüzyon katsayılarının değerleri tabloda verilen parametreler dikkate alınarak hesaplanabilir. 8.3. 800 °C'nin üzerindeki difüzyon sıcaklıkları için, galyum arsenitteki çinkonun dağılımı bu klasik yapıya uymaz. Tipik örneklerÇinkonun anormal dağılımı Şekil 2'de gösterilmektedir.
sıcaklıkta difüzyon için 8.13
Çinkonun galyum arsenite difüzyonu sırasındaki anormal olaylar çok sayıda çalışmanın konusudur. Aşağıdaki gerçekler fark edildi.
Pirinç. 8.13. Difüzyon sıcaklığında ve yaklaşık süre boyunca çeşitli yüzey konsantrasyonları için bir galyum arseit plakasındaki çinko konsantrasyonu dağılım profilleri
Daha yüksek difüzyon sıcaklıklarında, çinkonun difüzyon katsayısı güçlü bir şekilde arsenik konsantrasyonuna bağlıdır ve çinkonun galyum arsenit içindeki çözünürlüğü üç kat daha artar (1017'den 1017'ye kadar). Kusurların, yapısal kusurların ve dislokasyonların varlığı hızlanır. difüzyona neden olur ve geçişin düzlüğünü kötüleştirir. Özel dikkat izokonsantrasyon koşulları altında, yani numunede çinko konsantrasyonu gradyanının yokluğunda difüzyonu incelemeyi hak ediyor.
Çinko atomları galyum arsenitte galyum bölgelerinde veya aralıklarda bulunabilir. Bu nedenle, galyum boşlukları ve aralıkları boyunca çinko difüzyonu meydana gelebilir. Böyle bir çift difüzyon mekanizması için Fick yasası denklemle ifade edilebilir.
aralıklar boyunca ve galyum ikame mekanizmasına göre çinko difüzyon katsayıları nerede ve nerede.
Bu denklem etkili difüzyon katsayısının eklenmesiyle basitleştirilebilir:
İzokonsantrasyon difüzyonunun sonuçları, yüksek çinko konsantrasyonlarında aralıklar boyunca difüzyonun baskın olduğunu göstermektedir;
Sonuç olarak izokonsantrasyon difüzyonu denklem (8.4) ile açıklanabilir. İzokonsantrasyon difüzyon katsayısı, interstisyel çinko atomlarının ve galyum boşluklarının konsantrasyonunun analizine dayanarak hesaplanabilir. Çinko konsantrasyonuna güçlü bağımlılığı Şekil 2'de gösterilmektedir. 8.14.
Pirinç. 8.14, Galyum arsenitteki çinko difüzyon katsayısının çinko konsantrasyonuna bağlılığı.
Bununla birlikte, gerçek teknolojik koşullar altında, yüksek sıcaklıklarda, galyum arsenit üzerindeki çinkonun yüzey konsantrasyonu, ampuldeki çinko buharının yoğunluğundan biraz daha yükseğe ulaştı. Ampulde arsenik basıncının yokluğunda, numunedeki çinko dağılımı tekrarlanamayacak şekilde bozuldu ve
Özellikle düşük çinko konsantrasyonlarında geçiş düzensizdi. Ampule arsenik eklenmesi durumu önemli ölçüde düzeltti. Difüzyon katsayısının çinko konsantrasyonuna bağımlılığı önemli ölçüde azaldı, difüzyon daha düzenli ilerledi ve geçiş düzgün oldu.
Galyum arsenitin ayrışmaya başladığı sıcaklığın üzerindeki sıcaklıklarda çinko difüzyonundaki anormal olayların meydana geldiğine dikkat edilmelidir. Bu nedenle, ampulde en azından galyum arsenitin ayrışma basıncına eşit bir arsenik basıncı oluşturulmalıdır. belirli bir sıcaklıkta. Ayrıca çinko, arsenik ile uyumlu şekilde eriyen iki bileşik oluşturduğundan, bunların hem çinko kaynağında hem de galyum arsenit yüzeyinde oluşması beklenebilir. Bu işlemler, galyum arsenitin ayrışmasının yanı sıra, sıvı galyumun salınmasına ve çinko ve galyum arsenitin galyum çözeltilerinin oluşumuna yol açabilir, bu da difüzyon profilini ve geçişi daha da bozan lokal yüzey bozukluklarına neden olabilir. Bu yüzey bozukluklarını ortadan kaldırmak ve difüzyonu izokonsantrasyon rejimine yaklaştırmak için çinko bazen galyum arsenit üzerinde biriktirilen bir film yoluyla veya çinko katkılı bir filmden yayılır.
Çinkonun galyum arsenide tekrarlanabilir difüzyonunu sağlamanın koşulları şu şekilde belirlenebilir: değerlendirme esası faz diyagramları galyum-arsenik-çinko dengesi (Şekil 8.15).
Yayıcı olarak yalnızca elementel çinko kullanılırsa, arsenik, her iki yüzeyde de çinko arsenitlerin denge fazları oluşana kadar galyum arsenitten çinko kaynağına aktarılacaktır. Doğal olarak bu, sıvı galyumun salınmasına, plaka yüzeyinin bozulmasına ve difüzyon cephesinin bozulmasına yol açacaktır.
Kaynak çinko ve arsenik veya çinko arsenitler ise, her şey difüzyon maddesinin miktarına, bileşimine ve sıcaklığına bağlıdır. Az miktarda difüzanla (birkaç ampul) yoğunlaşmış faz oluşmaz; çinko ve arseniğin tamamı buhar fazındadır. Difüzyon süresi ve sıcaklıktan kaynaklanan yüzey geçiş bozuklukları ifade edilir
Safsızlıkların konsantrasyonuna büyük ölçüde bağlıdır. Elektriksel özellikleri diğer maddelerin safsızlıklarına bağlı olan yarı iletkenler kimyasal elementler, denir safsızlık yarı iletkenleri. İki tür safsızlık vardır: verici ve alıcı.
Donör atomları yarı iletken serbest elektronları veren bir safsızlıktır ve bunun sonucunda ortaya çıkan, hareketle ilişkili elektriksel iletkenliktir. serbest elektronlar, - elektronik. Elektronik iletkenliğe sahip bir yarı iletken, elektronik yarı iletken olarak adlandırılır ve geleneksel olarak gösterilir. Latince harf n “negatif” kelimesinin ilk harfidir.
Bir yarı iletkende elektronik iletkenliğin oluşma sürecini ele alalım. Ana yarı iletken malzeme olarak silikonu alalım (silikon yarı iletkenler en yaygın olanıdır). Silikonun (Si), atomun dış yörüngesinde, elektriksel özelliklerini belirleyen (yani voltajın etkisi altında hareket ederek, oluştururlar) dört elektronu vardır. elektrik akımı). Arsenik (As) safsızlık atomları, dış yörüngesinde beş elektron bulunan silisyumun içine girdiğinde, dört elektron silisyumun dört elektronuyla etkileşerek oluşur. kovalent bağ ve arseniğin beşinci elektronu serbest kalır. Bu koşullar altında atomdan kolaylıkla ayrılarak madde içinde hareket edebilir.
Akseptör atomları, konakçı yarı iletkenin atomlarından elektron kabul eden bir safsızlıktır. Pozitif yüklerin - deliklerin hareketi ile ilişkili olarak ortaya çıkan elektriksel iletkenliğe delik iletkenliği denir. Delikli elektrik iletkenliğine sahip bir yarı iletken, delikli yarı iletken olarak adlandırılır ve geleneksel olarak "pozitif" kelimesinin ilk harfi olan Latin harfi p ile gösterilir.
Delik iletkenliğinin oluşma sürecini ele alalım. İndiyum (In) safsızlık atomları, dış yörüngesinde üç elektron bulunan silikonun içine girdiğinde, silikonun üç elektronu ile iletişime geçerler, ancak bu bağlantının eksik olduğu ortaya çıkar: dördüncüye bağlanmak için bir elektron daha eksiktir. silikonun elektronu. Safsızlık atomu, eksik elektronu, konakçı yarı iletkenin yakındaki atomlarından birinden alır ve ardından dört komşu atomun tümü ile ilişkilendirilir. Bir elektronun eklenmesi nedeniyle fazlalık kazanır negatif yük yani şuna dönüşür negatif iyon. Aynı zamanda dördüncü elektronunun safsızlık atomuna gittiği yarı iletken atomun, komşu atomlara yalnızca üç elektronla bağlı olduğu ortaya çıkar. yani fazlalık var pozitif yük ve boş bir bağlantı belirir, yani delik.
Bir tanesi önemli özellikler Yarı iletken, içinde boşluklar varsa, içinde serbest elektron olmasa bile akımın içinden geçebilmesidir. Bu, deliklerin bir yarı iletken atomdan diğerine hareket etme yeteneği ile açıklanmaktadır.
Yarı iletkendeki "deliklerin" hareketi
Bir yarıiletkenin bir kısmına donör safsızlığının ve diğer kısmına alıcı safsızlığının eklenmesiyle, içinde elektron ve delik iletkenliği olan bölgeler elde etmek mümkündür. Elektronik ve delik iletkenliği bölgelerinin sınırında, elektron-delik geçişi adı verilen bir geçiş oluşur.
P-N bağlantısı
Akım geçtiğinde meydana gelen süreçleri ele alalım. elektron deliği geçişi. N etiketli sol katman, elektronik iletkenlik. İçindeki akım, geleneksel olarak eksi işaretli dairelerle gösterilen serbest elektronların hareketi ile ilişkilidir. P olarak adlandırılan sağ katman delik iletkenliğine sahiptir. Bu katmandaki akım, şekilde "artı" olan dairelerle gösterilen deliklerin hareketi ile ilişkilidir.
Doğrudan iletim modunda elektronların ve deliklerin hareketi
Ters iletim modunda elektronların ve deliklerin hareketi.
Yarı iletkenler temas ettiğinde çeşitli türler nedeniyle iletkenlik elektronları yayılma p-bölgesine ve delikler n-bölgesine doğru hareket etmeye başlayacak, bunun sonucunda sınır katmanı N-bölgesi pozitif olarak yüklenir ve p-bölgesinin sınır katmanı negatif olarak yüklenir. Bölgeler arasında ana akım taşıyıcıları için bariyer görevi gören bir elektrik alanı ortaya çıkar. p-n kavşağı azaltılmış yük konsantrasyonuna sahip bir alan oluşur. Bir pn eklemindeki elektrik alanına potansiyel bariyer, pn eklemine ise blokaj katmanı adı verilir. Eğer dış yön elektrik alanı ters yön p-n alanları geçiş (p-bölgesinde "+", n-bölgesinde "-")), ardından potansiyel bariyer azalır, p-n bağlantı noktasındaki yük konsantrasyonu artar, bağlantı noktasının genişliği ve dolayısıyla direnci azalır. Kaynağın polaritesi değiştiğinde, dış elektrik alanı pn ekleminin alanının yönüne denk gelir, eklemin genişliği ve direnci artar. Bu nedenle pn eklemi geçit özelliklerine sahiptir.
Yarı iletken diyot
Diyot bir veya daha fazla p-n bağlantısı ve iki terminali olan elektriksel dönüştürücü yarı iletken cihaz olarak adlandırılır. P-n ekleminde kullanılan ana amaca ve olguya bağlı olarak birkaç ana bağlantı vardır. fonksiyonel tipler yarı iletken diyotlar: doğrultucu, yüksek frekans, darbe, tünel, zener diyotlar, varikaplar.
Temel yarı iletken diyotların özellikleri akım-gerilim karakteristiğidir (VAC). Her yarı iletken diyot tipi için, akım-gerilim karakteristiğinin kendi biçimi vardır, ancak bunların tümü, aşağıdaki şekle sahip olan düzlemsel doğrultucu diyotun akım-gerilim karakteristiğine dayanmaktadır:
Diyotun akım-gerilim karakteristiği (CVC): 1 - doğru akım-gerilim karakteristiği; 2 - ters akım-gerilim karakteristiği; 3 - arıza alanı; 4 - doğru akım-gerilim karakteristiğinin doğrusal yaklaşımı; Upor—eşik voltajı; rdin—dinamik direnç; Uprob - arıza voltajı
Y ekseni ölçeği negatif değerler Seçilen akımlar pozitif olanlardan kat kat daha büyüktür.
Diyotların akım-gerilim özellikleri sıfırdan geçer, ancak yeterince fark edilebilir bir akım yalnızca eşik voltajı(U gözenek), germanyum diyotlar için 0,1 - 0,2 V'ye ve silikon diyotlar için 0,5 - 0,6 V'ye eşittir. Diyot üzerindeki negatif voltaj değerleri bölgesinde, zaten nispeten düşük voltajlarda ( U arr.) ortaya çıkar. ters akım(varıyorum). Bu akım azınlık taşıyıcıları tarafından yaratılır: p bölgesinin elektronları ve n bölgesinin delikleri, bir bölgeden diğerine geçişi arayüz yakınındaki potansiyel bir bariyer tarafından kolaylaştırılır. Ters gerilim arttıkça akım artmaz, çünkü birim zaman başına geçiş sınırında görünen azınlık taşıyıcılarının sayısı, çok yüksek olmadığı sürece dışarıdan uygulanan gerilime bağlı değildir. Silikon diyotlar için ters akım, germanyum diyotlara göre birkaç kat daha azdır. Ters voltajda daha fazla artış arıza gerilimi(U numuneleri), değerlik bandındaki elektronların iletim bandına geçmesine neden olur ve Zener etkisi. Bu durumda ters akım keskin bir şekilde artar, bu da diyotun ısınmasına neden olur ve akımın daha da artması termal bozulmaya ve p-n bağlantısının tahrip olmasına yol açar.
Diyotların ana elektriksel parametrelerinin belirlenmesi ve belirlenmesi
Yarı iletken diyot tanımı
Daha önce de belirtildiği gibi, bir diyot akımı bir yönde iletir (yani ideal olarak sadece düşük dirençli bir iletkendir), diğer yönde yapmaz (yani çok yüksek dirençli bir iletkene dönüşür), kısacası , var tek yönlü iletkenlik. Buna göre sadece iki sonucu vardır. Lamba teknolojisinden bu yana gelenek haline geldiği için bunlara denir. anot(pozitif çıkış) ve katot(negatif).
Tüm yarı iletken diyotlar iki gruba ayrılabilir: doğrultucu ve özel. Doğrultucu diyotlar adından da anlaşılacağı gibi düzleştirme amaçlıdır klima. Alternatif voltajın frekansına ve şekline bağlı olarak yüksek frekanslı, düşük frekanslı ve darbeli olarak ayrılırlar. Özel kullanılan yarı iletken diyot türleri çeşitli özellikler p-n bağlantıları; arıza olgusu, bariyer kapasitansı, negatif dirençli alanların varlığı vb.
Doğrultucu diyotlar
Yapısal olarak doğrultucu diyotlar düzlemsel ve nokta diyotlara ve üretim teknolojisine göre alaşımlı, difüzyon ve epitaksiyel olarak bölünmüştür. Düzlemsel diyotlar sayesinde geniş alan pn bağlantıları düzeltme için kullanılır yüksek akımlar. Nokta diyotların küçük bir bağlantı alanı vardır ve buna göre düzeltme için tasarlanmıştır düşük akımlar. Çığ kırılma voltajını arttırmak için seri bağlı bir dizi diyottan oluşan doğrultucu sütunlar kullanılır.
Yüksek güçlü doğrultucu diyotlara denir zorla. Bu tür diyotların malzemesi genellikle silikon veya galyum arsenittir. Silikon alaşımlı diyotlar, 5 kHz'e kadar frekansa sahip alternatif akımı düzeltmek için kullanılır. Silikon difüzyon diyotları 100 kHz'e kadar daha yüksek frekanslarda çalışabilir. Metal substratlı (Schottky bariyerli) silikon epitaksiyel diyotlar, 500 kHz'e kadar frekanslarda kullanılabilir. Galyum arsenit diyotlar birkaç MHz'e kadar frekans aralığında çalışma kapasitesine sahiptir.
Güç diyotları genellikle bir dizi statik ve dinamik parametreyle karakterize edilir. İLE statik parametreler diyotlar şunları içerir:
- voltaj düşüşü Belirli bir değerde diyot üzerinde U pr doğru akım;
- ters akım Belirli bir ters voltaj değerinde devir yapıyorum;
- ortalama değer doğru akım pr.sr. ;
- nabız ters voltaj U varış. ;
İLE dinamik parametreler diyot zaman ve frekans özelliklerini içerir. Bu parametreler şunları içerir:
- iyileşme süresi ters voltaj;
- yükselme zamanı doğru akım I dış mekan ;
- frekansı sınırlamak diyot modlarını düşürmeden f max.
Statik parametreler diyotun akım-gerilim karakteristiği kullanılarak ayarlanabilir.
Diyot ters toparlanma süresi tres, doğrultucu diyotların atalet özelliklerini karakterize eden ana parametresidir. Diyotun belirli bir ileri akım I pr'den belirli bir ters gerilime U arr ne zaman geçtiği belirlenir. Anahtarlama sırasında diyot üzerindeki voltaj tersine döner. Difüzyon sürecinin ataleti nedeniyle diyottaki akım anında durmaz, zamanla durur. Esas olarak, yük emilimi p-n bağlantısının sınırında meydana gelir (yani eşdeğer kapasitenin boşaltılması). Bundan, diyot açıldığında, özellikle kapatıldığında, güç kaybının keskin bir şekilde arttığı anlaşılmaktadır. Buradan, diyot kayıpları düzeltilmiş voltajın frekansı arttıkça artar.
Diyotun sıcaklığı değiştiğinde parametreleri de değişir. Diyot üzerindeki ileri gerilim ve ters akımı en çok sıcaklığa bağlıdır. Yaklaşık olarak TKN'nin ( sıcaklık katsayısı voltaj) Upr = -2 mV/K ve diyotun ters akımı pozitif bir katsayıya sahiptir. Yani sıcaklıktaki her 10 °C'lik artışla, germanyum diyotların ters akımı 2 kat, silikon diyotların ters akımı ise 2,5 kat artar.
Schottky bariyer diyotları
Yüksek frekanslı düşük voltajları düzeltmek için yaygın olarak kullanılırlar. Schottky bariyer diyotları. Bu diyotlar pn bağlantısı yerine metal yüzey temasını kullanır. Temas noktasında, kapı katmanları adı verilen, yük taşıyıcıları tükenmiş yarı iletken katmanlar ortaya çıkar. Schottky bariyerli diyotlar, pn eklemli diyotlardan aşağıdaki parametrelerde farklılık gösterir:
- Daha düşük düz voltaj düşüşü;
- daha fazlasına sahip olmak düşük geri dönüş Gerilim;
- Daha yüksek akım sızıntılar;
- neredeyse tamamen ücretsiz ters iyileşme.
Bu diyotları vazgeçilmez kılan iki temel özellik vardır: düşük ileri voltaj düşüşü ve kısa ters voltaj toparlanma süresi. Ayrıca, kurtarma süresi gerektiren birincil olmayan ortamların bulunmaması, fiziksel kayıp yok diyotun kendisini değiştirmek için.
Modern Schottky diyotlarının maksimum voltajı yaklaşık 1200 V'tur. Bu voltajda Schottky diyotunun ileri voltajı, p-n bağlantı diyotlarının ileri voltajından 0,2...0,3 V daha azdır.
Schottky diyotun avantajları özellikle düşük voltajları düzeltirken fark edilir hale gelir. Örneğin, 45 voltluk bir Schottky diyotun ileri voltajı 0,4...0,6 V'tur ve aynı akımda bir p-n bağlantı diyotunun voltaj düşüşü 0,5...1,0 V'tur. Ters voltaj 15 V'a düştüğünde , ileri voltaj 0,3...0,4 V'a düşer. Ortalama olarak, bir doğrultucuda Schottky diyotlarının kullanılması kayıpları yaklaşık %10...15 oranında azaltabilir. Schottky diyotların maksimum çalışma frekansı 200 kHz'i aşıyor.
Teori iyi ama yok pratik uygulama bunlar sadece kelimeler.
*Mikroelektroniğin fiziksel temelleri; Elektronik; Flerov A.N., 2015.
Ders 6, tezler
Yarı iletken diyotlar
Diyot türleri: diyotlar:
- elektrovakum(kenotronlar),
- gazla doldurulmuş(gastronlar, ateşleyiciler, zener diyotlar),
- yarı iletken e.
Şu anda vakaların büyük çoğunluğunda yarı iletken diyotlar kullanılmaktadır.
Yarı iletken diyot bir p-n bağlantısı içeren iki terminale sahip yarı iletken bir cihazdır.
Pirinç. 6.1 Yarı iletken diyot(diyagram) ve diyotun geleneksel grafik gösterimi (UGO)
En yaygın kullanılanlar silikon (Si - toplam diyot filosunun %99'u) güç, darbe vb., galyum arsenit (GaAs) - mikrodalga diyotlar, umut verici - silikon karbür (SiC), galyum nitrür (GaN), InGaN, AlGaN - mikrodalga diyotlar, LED'ler (InP, PbS), germanyum (Ge) yarı iletken diyotlar daha az kullanılır.
Tek yönlü iletim p-n geçiş, akımın geçişe bağımlılığını gösteren akım-gerilim karakteristiği (volt-amper karakteristiği) ile açıkça gösterilmektedir. p-n-Uygulanan voltajın büyüklüğünden ve polaritesinden geçiş
Pirinç. 6,2 p/p diyotlar, yapılar (ölçeksiz)
Diyotların sınıflandırılması
İle çalışma fiziği- tünel, çığ uçuşu, Schottky bariyerli, şarj birikimli, LED vb.
İtibaren elde etme yöntemiP- Ngeçişler yarı iletken diyotlar (geçiş türüne göre) iki türe ayrılır: nokta ve düzlemsel.
- üretim teknolojisinden p-n bağlantı diyotları ikiye ayrılır nokta, mikroalaşım, alaşım, difüzyon, epitaksiyel.
Nokta diyot e o zaman diyot çok küçük alan elektriksel geçiş.
İÇİNDE 
Bir nokta diyotta, sivri uçlu bir metal tel, bir silikon veya germanyum plaka (örneğin, n-tipi) ile temas halindedir ve temas noktasında bir doğrultucu bağlantı oluşturur (Şekil 6.1).
Üretim sırasında stabil bir doğrultucu kontak oluşturmak için nokta diyot ucunda yabancı madde bulunan keskinleştirilmiş bir metal iğne plaka ile temas eder indiyum veya alüminyum.
Termal difüzyonun (güçlü akım darbelerinin sağlanması) bir sonucu olarak yarı iletken kristalde p tipi bir katman oluşur.
Pirinç. 6.1 Tasarım seçeneği
nokta diyot
Mikroalaşım diyot düzlemsel ve noktasal olanlar arasında bir ara pozisyon işgal eder. Ayrıca küçük bir bağlantı alanına sahip olan mikroalaşım diyotlar.
Üretim sırasında mikroalaşım diyot Bir p-n bağlantısı, örneğin ince bir altın telin bir katkı maddesiyle bir kristale (örneğin Ge) mikro kaynaştırılmasıyla oluşturulur.
sonunda galyum.
Mikroalaşım bağlantılara sahip diyotlar, parametrelerin daha iyi stabilitesine sahip olan nokta diyotlarla daha iyi karşılaştırılır, ancak bağlantı kapasitansları daha yüksektir ve sınırlayıcı frekanslar, nokta diyotlardan daha düşüktür.
Alaşım diyot
Üretim sırasında alaşım diyotlar yabancı madde silikona veya başka bir trafo merkezine erir.
Alaşım diyotların elektron deliği geçişleri - keskin.
Pirinç. 6.2 Alaşım diyot, yapı ve tasarım
Düşük Güçlü Alaşımlı Diyot- ortalama düzeltilmiş akım değeri 0,3 A'dan fazla olmayan bir diyot. Silindirik bir alüminyum (Al) sütunu, n-tipi iletkenliğe sahip bir silikon (Si) plakanın ortasına kaynaştırılır (Şekil 6.2.1). Alüminyum atomları plakaya yayılır (nüfuz eder), bunun sonucunda plakanın kolonun yakınındaki hacminin bir kısmının iletkenliği delik (p tipi) haline gelir. Onunla plaka hacminin geri kalanı arasında birр-n kavşağı
alüminyumdan silikona kadar iyi iletkenliğe sahiptir. İnşaatlar alaşım diyot
– Şek. 6.2.3.
Düşük güçlü bir germanyum alaşımlı doğrultucu diyot benzer bir tasarıma sahiptir, yalnızca indiyum germanyum plakasına kaynaştırılır.- ortalama düzeltilmiş akım değeri 0,3 ila 10 A arasında olan diyot. N-tipi ve p-tipi silikon levhaların arasına alüminyum folyo yerleştirilerek ısıtılır. Alüminyum silikonla alaşımlanır ve ortaya çıkan monolitik plakanın içinde bir p-n bağlantısı oluşturulur (Şekil 6.2.2).
Bu tasarım (Şekil 6.2.4)'de gösterilmektedir.
Difüzyon diyotu
alüminyumdan silikona kadar iyi iletkenliğe sahiptir. alaşım ve difüzyon diyotları benzer.
Üretim sırasında difüzyon diyotları Bir pn bağlantısı, yüksek sıcaklıkta, bir safsızlığın silikon veya germanyumun içine aşağıdakileri içeren bir ortamdan difüzyonu ile oluşturulur: safsızlık çiftleri malzeme.
Pirinç. 6.3 Difüzyon diyotu
Difüzyon düzlemsel p-n bağlantısı esas alınarak yapılır silikonN-tip veya p tipi germanyum.
İlk durumda difüzyon maddeleri bor (B) ve ikinci durumda antimondur (Sb). Difüzyon, bir hidrojen fırınında ısıtıldığında meydana gelir.
Si plakası erime noktasına yakın bir sıcaklığa kadar ısıtılır ve bor tableti buharlaşana kadar ısıtılır. Bu koşullar altında bor (B) atomları plakanın yüzeyinde birikir ve plakanın derinliklerine yayılır. Sonuç olarak Si kristalinin yüzeyinde p tipi bir Si tabakası oluşur. Sonraki aşındırma işlemi bu katmanı plakanın biri hariç tüm yüzlerinden kaldırır.
P-tipi silikonun difüzyon tabakası ile n-tipi Si plakası arasında, bir düz Yayıcının yüksek katkılı bir difüzyon katmanı olduğu р-n bağlantısı (Şekil 6.3).
Difüzyon yöntemiüretilen geçişlerin parametrelerinin tekdüzeliğinin sağlanmasının bir sonucu olarak geçiş üretim sürecinin oldukça hassas bir şekilde kontrol edilmesine olanak tanır.
Yapısal olarak düzlemsel difüzyon diyotları, kurşunlu metal kutularda tasarlanmıştır. Isı dağılımını iyileştirmek için kristal, terminallerden biri olarak hizmet veren gövdeye doğrudan lehimlenir.
Epitaksiyel diyotlar
Epitaksiyel(düzlemsel, epitaksiyel-düzlemsel difüzyon diyotları) epitaksi ve lokal difüzyonla üretilir.
Epitaksi substrat kristallerinin yönelimini korurken yapının destekleyici yapısı olarak görev yapan bir substrat üzerinde tek kristalli katmanların büyütülmesi işlemidir.
Epitaksi, her türlü iletkenliğe, gerekli dirence ve herhangi bir kalınlığa (birkaç mikrometreye kadar) sahip katmanların büyütülmesini mümkün kılar.
Yerel yayılma safsızlık atomlarının bir maskedeki bir pencereden (örneğin silikon oksitten) epitaksiyel katmana difüzyonuyla bir pn bağlantısının oluşturulması olarak adlandırılır
Pirinç. 6.4 Epitaksiyel düzlemsel diyot, pn bağlantısı -1
Üretim sırası: taban, iletkenliği arttırılmış bir alt tabaka (4) üzerinde azaltılmış iletkenliğe sahip bir epitaksiyel n katmanının (3) büyütülmesiyle yapılır, oksidasyon (2) - bir Si02 oksit tabakası oluşturarak oksit tabakasında bir "pencere" oluşturur oksit filmi aşındırarak silikon dioksit Si02'nin işlenmesi, ardından donör safsızlığının (bor veya alüminyum) pencereden epitaksiyel katmana yayılmasıyla bir p-n bağlantısı (1) oluşturulur.
Uçlar için pedlerin n+ ve p+ üzerinde metalleştirilmesi gerçekleştirilir.
Kablolar oluşturulup mahfazaya monte edilir.
Düzlemsel difüzyon diyotları yüksek güvenilirlik, kararlı parametreler ve uzun servis ömrü ile karakterize edilir.
Düzlemsel diyotlar büyük kapasitanslar ve büyük çalışma akımları (yüzlerce ve hatta binlerce ampere kadar) ile karakterize edilmelerinin bir sonucu olarak geniş geçiş alanlarına sahiptirler. Düşük frekanslı güçte kullanılır elektronik cihazlar(güç).
Doğrultucu diyotlar
Elektronik stabilizatör devrelerinde alternatif voltajı (akımı) doğru voltaja (akım) dönüştürmek için tasarlanmıştır.
Yarı iletken doğrultucu diyotlar, operasyonel güvenilirlik ve servis ömrü açısından diğer tüm vana türlerinden (lamba vanaları) önemli ölçüde üstündür. Bu nedenle güç kaynaklarında en yaygın kullanılanlardır.
Diyotların I-V özellikleri- yarı iletken diyotların temel özelliği.
Örnek
Doğrultucu Diyot Eşdeğer Devresi
Pirinç. 6.5 Diyot eşdeğer devresi
r pn = T /I (6.1)
T sıcaklık potansiyeli;
r b – birimler - onlarca [Ohm];
C d - birimler - onlarca [pF]
Doğrultucu silikon diyotların ileri voltaj düşüşü aşmıyor
(1-2)V ve germanyumunkinden daha fazla.
Bu nedenle alçak gerilim doğrultucu cihazlarda germanyum diyotların kullanılması daha karlı olur.
Ancak silikon diyotlar, aynı voltajda germanyum diyotlara göre çok daha düşük ters akımlara sahiptir, bu nedenle ağırlıklı olarak kullanılırlar.
Germanyum diyotların izin verilen ters voltajı aşağıdakiler dahilindedir:
sen O 6 pGe = 100-400V, silikon diyotlar: sen O 6 psi = 1 000 - 1500B.
Örnek: diyot doğrultucu
Yarı iletken doğrultucu diyotun çalışması şu özelliğe dayanmaktadır:
Bir p-n bağlantısı akımın yalnızca bir yönde geçmesine izin verir. Yarı iletken diyota dayalı en basit (yarım dalga) doğrultucu devresi, Şekil 6.6:
Pirinç. 6.6 Yarım dalga doğrultucu devresi
Transformatör voltaj değerini dönüştürmek için kullanılır, yani. Doğrultucu çıkışında belirtilen voltajı elde etmek için.
Bu devrede diyottan geçen akım ve yük R H yalnızca giriş voltajının pozitif yarı döngüleri sırasında akar sen eski , ve yükteki voltaj eğrisi sinüs dalgasının pozitif yarım dalgalarından oluşacaktır (eğer kapasitans C bağlantısı kesilirse)
Kapasitans C, Rн yükündeki tek kutuplu voltaj dalgalanmalarını yumuşatır.
Yarım çevrim voltajının kaybını önlemek için kullanılır. tam dalga doğrultucu devresi -orta nokta ve köprü devreleri.
Şekil 6.8 Bir köprü devresindeki (a) diyotların açılması ve yarım dalga ve tam dalga devrelerinin (b) giriş çıkış voltajının diyagramları.
Doğrultucu diyot parametreleri (temel)
1. İzin verilen maksimum ileri diyot akımı İçindeR.maksimum
2. İleri gerilim düşüşü Unp - Belirli bir zamanda diyot üzerindeki ileri voltajın değeri
ileri akım değeri;
3. İzin verilen maksimum ters voltaj senvarış.maksimum
4. Maksimum çalışma frekansı, fmaks
5. İzin verilen maksimum güç kaybı Rdop.maksimum
Zener diyot
Zener diyot- voltajı dengelemek için tasarlanmış yarı iletken diyot.
Pirinç. 6.8 Grafik sembolü
Yarı iletken zener diyotlarda kullanılan malzeme genellikle yüksek sıcaklık stabilitesine sahip silikondur.
Pirinç. 6.9 Zener diyotun I-V özellikleri
İÇİNDE akım-gerilim karakteristiğinin doğrudan bağlantısı Zener diyot pratik olarak herhangi bir silikon diyotun düz dalından farklı değildir.
Akım-gerilim karakteristiğinin ters dalı düz bir çizgiye benziyor dikey çizgi, mevcut eksene neredeyse paralel ilerliyor.
Zener diyotun normal çalışma modu ters voltajda çalışmadır elektrik arızası alanında p- N geçiş.
Geleneksel diyotlarla karşılaştırıldığında, bir zener diyotun oldukça düşük bir arıza voltajı vardır (tersine açıldığında) ve ters akım gücünde önemli bir değişiklik olsa bile bu voltajı sabit bir seviyede tutabilir.
Zener diyotların yarı iletken malzemesi, yüksek konsantrasyonda alaşım safsızlıkları (dar geçiş). Bu nedenle, nispeten küçük ters voltajlarda, bağlantı noktasında güçlü bir elektrik alanı ortaya çıkar ve bu da elektrik çarpmasına neden olur. elektrik arızası, bu durumda geri dönüşümlüdür (termal dengenin ihlali nedeniyle termal bozulma meydana gelmezse).
Zener diyotun çalışması iki mekanizmaya dayanmaktadır:
- çığ dökümü(Çığ dökümü) genellikle oldukça geniş alanlarda gelişir P- N-geçişler. Stabilizasyon voltajı > 5-6V.
- tünel arızası (Zener dökümü, Zener, İngiliz edebiyatında Zener diyot) ,
ince gelişir P-N yüksek elektrik alan kuvvetinde geçişler. Stabilizasyon voltajı< 5В.
Herhangi bir zener diyotta birlikte bulunurlar, ancak yalnızca biri baskındır.
Cihazdan geçen akım geniş bir aralıkta değiştiğinde, cihazdaki voltaj düşüşü pratikte değişmez. Silikon zener diyotların bu özelliği, bunların voltaj dengeleyici olarak kullanılmasına olanak tanır.
Termal bozulmayı önlemek için zener diyotun tasarımı, p-n ekleminden ısının uzaklaştırılmasını sağlar.
Örnek:Zener diyot bağlantı devresi (parametrik stabilizatör)
En basit stabilizasyon şeması DC gerilimi- pirinç. 6.10
Çıkış voltajı değiştiğinde veya yük direnci değiştiğinde stabilizatörün çıkış voltajı sabit kalmalıdır.
Pirinç. 6.10 Parametrik stabilizatör
Dengeleyicinin çıkış voltajı kesinlikle kararlı olamaz. Artışlar U santimetre küçüktür ve giriş voltajı artışlarına bağlıdır sengiriş .
U in = U cm + I R 0 R 0 , (6.2)
r q nerede - akım sınırlama direnci
I R 0 = (U girişi - U cm)/ R 0 , (6.3)
Giriş voltajındaki artışla Uin + Uin
I’ R 0 = (U inç + U inç - U cm)/ R 0 (6,4)
Bu durumda I' R 0 > I R 0 ve I' cm > I cm, zener diyottan geçen akım artar.
Stabilizatörün kalitesini belirleyen parametre stabilizasyon katsayısı.
Stabilizasyon katsayısışu şekilde tanımlanır:
(1 N sabit kabul edilir)
(6.5)
Zener diyotların temel parametreleri
2. Minimum stabilizasyon akımı 1 st (~3 mA) - içinden geçen akımın değeri
Kararlı bir bozulmanın meydana geldiği Zener diyot.
3. Maksimum stabilizasyon akımı 1 st MAX (~20 mA – 1A) - mevcut değer
zener diyotu üzerinde dağılan gücün olmadığı zener diyotu boyunca akıyor
izin verilen değeri aşıyor.
4. Maksimum güç dağıtımı P baba İle C = sen santimetre BEN santimetre - serbest bırakılan maksimum güç
kavşağın termal bozulmasının meydana gelmediği p-n kavşağında.
5. Diferansiyel direnç R santimetre = sen santimetre / BEN santimetre gerilim artış oranı
Zener diyotta stabilizasyon modunda akım artışına kadar. Dereceyi karakterize eder
arıza akımı değiştiğinde stabilizasyon voltajının stabilitesi.
Stabilizasyon yerinde R santimetre~const; R santimetre= 0,5 - 200 Ohm.
6. Gerilim sıcaklık katsayısı (TKU) stabilizasyonu
(6.6)
burada t 1 °C başlangıç sıcaklığıdır.
TKU = 0,1 ...0,01%/°C
Bireysel çalışma için
EK 3
Diyot tanımı
XXXXXX(örneğin, KD243A)
1. eleman (harf veya sayı) kaynak materyali belirtir:
G (1) - germanyum;
K (2) - silikon;
A(3) - galyum bileşikleri;
Ve (4) – indiyum bileşikleri.
Harf değil rakam varsa bu, cihazın yüksek sıcaklıklarda çalışabileceği anlamına gelir (germanyum cihaz 70 C'de; silikon cihaz 120 ° C'de).
2. eleman (harf) yarı iletken diyotun tipini gösterir:
D - doğrultucu, evrensel, darbe;
A - ultra yüksek frekans;
C - zener diyotlar ve stabilizatörler;
Ve - tünel ve kaplama;
B – varikaplar;
C - direklerin düzeltilmesi;
L – ışınımsal;
F – fotodedektörler.
3. eleman (rakam) - diyotların amacını ve kalite özelliklerini belirleyen bir sayı.
1 - Düşük güçlü doğrultucu diyotlar (1 pr. Çar < 0, İÇİN);
2 - Orta güçlü doğrultucu diyotlar (0,3A)< 1 pr. Çar < 10A);
4. İyileşme süresi 500ns'den az olan darbe diyotları.
Zener diyotlar için 3 Tanımın inci unsuru güç endeksini belirler.
Örnek:
R evet < 0,3W: 1 U cma b< 10в
2 10B< U cma 6 < 99B;
3 100V< U стаб < 199В.
0.3 BT< P maksimum < 5W: 4 U cma b<10В;
4. ve 5. elemanlar (rakamlar) - geliştirmenin seri numarası (0'dan 99'a kadar).
Zener diyotlar için bu, stabilizasyon voltajının bir tanımıdır.
Örnek: KS156 -5.6V
6. eleman (harf) teknolojik özelliklere göre cihazın tipini belirler ve zener diyotlar ve stabilizatörler için geliştirme sırasını gösterir.
Örnek: GD412A- yarı iletken diyot, germanyum, evrensel, germanyum, geliştirme numarası 12, grup A.
**************************************************************
D9, D102 – “eski” isimler
Yarıiletkenin yüzeyine delikli koruyucu bir tabaka uygulanırsa ve yabancı madde bu deliklerden yayılırsa, şunu elde ederiz: düzlemsel p-n kavşağı.
Difüzyon diyotlarının içsel kapasitansı, kaynaşmış diyotlarınkinden daha azdır ve Cd 1...2 pF tutarındadır.
PPD işaretleme altı karakter sağlar. İlk karakter - bir harf (genel amaçlı diyotlar için) veya bir sayı (özel diyotlar için - yüksek sıcaklıklarda çalışan) - yarı iletken malzemeyi belirtir: G (1) - germanyum, K (2) - silikon, A (3) - GaA'lar. İkinci sembol, diyot alt sınıfını gösteren bir harftir: D - doğrultucu, yüksek frekanslı (evrensel) ve darbeli diyotlar; B – varikaplar; C – zener diyotlar ve stabilizatörler; L – LED'ler. Üçüncü sembol, diyotun amacını belirten bir sayıdır (zener diyotlar için - dağıtım gücü): üç - anahtarlama, dört - evrensel. Dördüncü ve beşinci karakterler, geliştirmenin seri numarasını gösteren iki haneli bir sayıdır (zener diyotlar için - nominal stabilizasyon voltajı). Altıncı karakter, cihazın parametrik grubunu gösteren bir harftir (zener diyotlar için geliştirme sırası).
Diyot işaretlerine örnekler:
GD 412A – (G) – germanyum, (D) – diyot, (4) – evrensel, (12) – geliştirme numarası, (A) – grup;
KS 196 V - (K) - silikon, (C) - zener diyot, (1) - mesafe gücü 0,3 W'tan fazla değil, (96) - nominal stabilizasyon voltajı 9,6 V, (V) - üçüncü gelişme. Elektrik devrelerindeki diyotların tanımları Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.6
.
1. 6. Doğrultucu diyotlar
Bir doğrultucu diyotun çalışması, akımı bir yönde - ileri doğru geçirmek için bir p-n bağlantısının özelliğine dayanır.
Şekil 1.7'de gösterilen doğrultucu diyotun akım-gerilim karakteristiğinin doğrudan dalı, küçük bir ileri akımda bile doğrusaldır. Bu diyot karakteristiğinin ana çalışma alanıdır.
Doğrultucu devrelerdeki çalışmalarını karakterize eden doğrultucu diyotların ana parametreleri şunları içerir:
U av.av – ortalama değer doğrudan düşme belirli bir I pr.sr değerinde akım-gerilim karakteristiği tarafından belirlenen voltaj;
I arr – U arr ters voltajının belirli bir değerinde ters akımın ortalama değeri;
ƒ – diyot akımının belirli bir değerin altına düşmediği çalışma frekansı aralığı. Referans kitapları sıklıkla ƒ max aralığının maksimum frekansını verir.
Ek olarak diyotun sınırlayıcı elektrik modunun parametreleri şunlardır:
U rev.max – izin verilen maksimum ters voltaj genliği;
I pr.max – ileri akımın maksimum değeri.
Doğrultucu diyotlar küçük diyotlara bölünmüştür (I pr.sr.< 0,3 А), средней (0,3 < I пр.ср < 10 А) и большой (I пр.ср >10 A) güç.
İzin verilen ters voltajı arttırmak için, birkaç diyotun seri olarak bağlandığı yüksek voltaj direkleri ve hem seri hem de paralel (ileri akımı arttırmak için) bağlı diyotları içeren doğrultucu üniteler üretilir.
Doğrultucu diyotların uygulama alanı – AC-voltaj dönüştürücüler DC(doğrultucular – AC-DC dönüştürücüler.
1.7. Schottky diyotlar
1939'da Alman fizikçi Voltaire Schottky, metal bir iğnenin yarı iletken bir kristal ile temas alanındaki zayıf sinyallerin düzeltilmesi olgusunu deneysel olarak keşfetti. Bilim adamının adından sonra, metal-yarı iletken kontağına dayanan diyotlara Schottky diyotları adı verildi.
Potansiyel bir engelin ortaya çıkması için metal ve yarıiletkenin iş fonksiyonlarının farklı olması gerekir. N-tipi bir yarı iletkende, kendisinden metale yapılan iş fonksiyonu, metalden yarı iletkene yapılan iş fonksiyonundan daha az olmalıdır (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 temas farkı potansiyeller: U k = (F OUT m – F OUT n) /e, burada e elektronun yüküdür. Metalin yüksek elektrik iletkenliği nedeniyle elektrik alanı içine nüfuz etmez ve yarı iletkenin yüzeye yakın katmanında Uk potansiyel farkı yaratılır. Schottky diyotu yaparken (Şekil 1.8), hafif katkılı bir yarı iletken kristal (Si, GaAs) ile kaplanır. ince tabaka metal (Au, Al, Ag, Pt, vb.) vakumlu buharlaştırma, katot püskürtme veya kimyasal veya elektrolitik biriktirme yöntemleriyle. Bu durumda, yarı iletkenin yakın temas bölgesinde, elektron-delik bağlantısına sahip diyotlarda olduğu gibi, harici bir voltajın etkisi altında yükseklikteki bir değişiklik akımda bir değişikliğe yol açan potansiyel bir bariyer ortaya çıkar. cihaz aracılığıyla.
Schottky bariyerinin akım-voltaj karakteristiği (Şekil 1.9) belirgin bir asimetrik görünüme sahiptir. İleri öngerilim bölgesinde akım, uygulanan voltajın artmasıyla birlikte üstel olarak artar. Ters öngerilim bölgesinde akım, gerilime bağlı değildir. Her iki durumda da, ileri ve geri öngerilim ile Schottky bariyerindeki akım, çoğunluk yük taşıyıcılarından, yani elektronlardan kaynaklanmaktadır. Bu nedenle Schottky bariyerini temel alan diyotlar, rekombinasyon ve difüzyon süreçlerinden yoksun oldukları için hızlı etkili cihazlardır. Silikon Schottky diyotun ileri voltaj düşüşü çok küçüktür, genellikle 0,2...0,45 V civarındadır. Voltaj düşüşü maksimum ters voltajla orantılıdır. Örneğin, 10 V ters voltaja sahip bir diyottaki voltaj düşüşü 0,3 V kadar düşük olabilir. Maksimum ters voltaj ve akım değeri ne kadar yüksek olursa, artan n-katman kalınlığı nedeniyle ileri voltaj düşüşü de o kadar büyük olur.
Schottky diyotların dezavantajları:
ilk olarak, eğer maksimum ters voltaj kısa süreliğine aşılırsa, Schottky diyotu, ters arıza moduna giren silikon diyotların aksine geri dönüşü olmayan bir şekilde arızalanır ve diyot üzerinde harcanan maksimum gücün aşılmaması koşuluyla, voltajın kaldırılmasından sonra diyot tamamen geri yüklenir. özellikleri;
ikincisi, Schottky diyotları, kristal sıcaklığının artmasıyla artan artan (geleneksel silikon diyotlara göre) ters akımlarla karakterize edilir.
Şu anda, dönüştürücü ve güç elektroniği ihtiyaçları için silisyum karbür bazlı Schottky diyotların üretimi konusunda uzmanlaşılmıştır. Özellikle CREE şirketi, 1200V'a kadar voltajlara ve 20A'ya kadar akımlara sahip silisyum karbür bazlı Schottky diyotlar üretiyor.
Yüksek voltajlı SiC Schottky diyotların (HSD'ler) ana avantajı olağanüstü dinamik özellikleridir. Bu diyotların ters toparlanma yükü (Qrr) son derece düşüktür (20 nC'den az) ve sonuç olarak tipik anahtarlamalı güç elektroniği uygulamalarında anahtarlama kayıpları minimum düzeydedir. Ayrıca silikon PiN diyotlardan farklı olarak akım artış hızı (di/dt) ileri akıma ve sıcaklığa bağlı değildir. Diyotlar normal şekilde çalışır maksimum sıcaklık geçiş 175°C.
CREE şirketi, üç gruptan oluşan küçük bir SiC Schottky diyot yelpazesi üretmektedir: 300, 600 V ve 1200 V voltajlar için DS.
Schottky diyotlar CREE tarafından TO-220, DPAK, D2PAK, TO-247-3, TO-263 standart plastik paketlerde üretilmektedir.
SiC diyot kullanmanın avantajları
CREE'nin Schottky diyotları darbeli güç elektroniğinde kullanılır: güç faktörü düzeltici devrelerde, elektrikli motor sürücülerinde vb. Bu diyotların kullanımı, yüksek frekanslarda ve voltajlarda çalışırken haklı çıkar ve kullanımlarını ekonomik hale getirir.
SiC diyotların benzersiz özellikleri sayesinde 500 kHz'e kadar frekanslarda çalışarak yaklaşık %92'ye varan yüksek cihaz verimliliği sağlarlar.
Yüksek frekanslarda çalışırken indüktörlerin boyutları yaklaşık %30 oranında küçülür. Ters toparlanma akımının bulunmaması nedeniyle elektromanyetik girişim azalır ve bu da aşırı gerilim koruyucunun maliyetinden tasarruf sağlayabilir.
Azaltılmış boyut ve ağırlık elektronik sistemler başlangıçta artan güç yoğunluğuna yönelik piyasa talebi tarafından yönlendirildi. Sistemin işlevselliğinden ödün vermeden bu amaca ulaşmak için bu sistemin anahtarlamalı güç kaynağının boyutunun ve ağırlığının azaltılması gerekmektedir. Bu anlamda SiC diyotların bir takım özellikleri vardır. dikkat çekici özellikler:
Anahtarlama sırasında ana yük taşıyıcılarının çok kısa (neredeyse sıfır!) iyileşme süresi;
Daha yüksek voltaj silikon cihazlarınkinden daha fazla arıza;
Yüksek sıcaklık+175°C'ye kadar çalışır;
500 kHz'e kadar yüksek anahtarlama frekansı, EMI filtresinin boyutunu ve diğer pasif bileşenlerin boyutunu azaltır.
Aktif veya pasif damper devrelerinin azaltılması veya ortadan kaldırılması.
İleri gerilim düşüşünün pozitif sıcaklık katsayısı, ek dengeleme devreleri olmadan diyotların paralel bağlanmasına olanak tanır.
