Главная » Каталог    
рефераты Разделы рефераты
рефераты
рефератыГлавная

рефератыБиология

рефератыБухгалтерский учет и аудит

рефератыВоенная кафедра

рефератыГеография

рефератыГеология

рефератыГрафология

рефератыДеньги и кредит

рефератыЕстествознание

рефератыЗоология

рефератыИнвестиции

рефератыИностранные языки

рефератыИскусство

рефератыИстория

рефератыКартография

рефератыКомпьютерные сети

рефератыКомпьютеры ЭВМ

рефератыКосметология

рефератыКультурология

рефератыЛитература

рефератыМаркетинг

рефератыМатематика

рефератыМашиностроение

рефератыМедицина

рефератыМенеджмент

рефератыМузыка

рефератыНаука и техника

рефератыПедагогика

рефератыПраво

рефератыПромышленность производство

рефератыРадиоэлектроника

рефератыРеклама

рефератыРефераты по геологии

рефератыМедицинские наукам

рефератыУправление

рефератыФизика

рефератыФилософия

рефератыФинансы

рефератыФотография

рефератыХимия

рефератыЭкономика

рефераты
рефераты Информация рефераты
рефераты
рефераты

Полупроводниковые дидоды


  На основе использования свойств
р-n-перехода  в  настоящее
время
создано множество  различных  типов 
полупроводниковых
диодов.
  Выпрямительные диоды предназначены для
преобразования  пе-
ременного
тока в постоянный.Их основные параметры: 
Iпр  max
-максимальный
прямой ток; Vпр^^&-- падение напряжения на  диоде
при
прямом смещении и заданном токе;Iобр -ток через диод при
обратном
смещении и заданном напряжении;Vобр 
max  -  макси-
мальное
обратное напряжение;  f-диапазон  частот,в 
котором
выпрямленный
ток не снижается меньше заданного уровня.
  По 
величине  выпрямленного  тока 
выпрямительные    диоды
малой(Iпр
< 0,3А),средней (0,3 A <Iпр >10 А) и большой  (Iпр
>10A)
мощности. Для создания 
выпрямительных  диодов  приме-
няются  плоскостные 
p-n-переходы,полученные 
сплавлением  и
диффузией.Высокие
значения  Iпр  обеспечиваются  использова-
нием
p-n-переходов с большой площадью.
  Большие значения Vобр max достигаются
использованием в  ка-
честве
базы диода материала с высоким 
удельным  сопротивле-
нием.Наибольшие
значения Vобр max могут  быть  получены 
при
использовании
p-i-n-диода,так ширина области объемного заря-
да в
нем наибольшая,а 
следовательно,наибольшее  и  значение
напряжение
пробоя.Так как с изменением температуры Vобр  max
изменяется,
то его значение дается для определенной темпера-
туры
(обычно комнатную) .
  При больших Iпр в диоде, вследствие падения
напряжения  на
нем,
выделяется тепло.Поэтому выпрямительные диоды отличают-
ся от
остальных типов диодов большими 
размерами  корпуса  и
внешних
выводов для улучшения теплоотвода.
  Выпрямительные диоды изготавливают в
настоящее время в ос-
новном
из кремния и германия.Кремниевые диоды позволяют  по-
лучать
высокие обратные напряжения пробоя, так как 
удельное
сопротивление
собственного  кремния  (p 
10  Ом  см)  много
больше
удельного сопротивления собственного германия(p 50 Ом
см).Кроме
этого, кремниевые диоды оказываются 
работоспособ-
ными в
большем интервале температур 
(-60...+125С),поскольку
ширина
запрещенной зоны в кремнии(1,12эВ)больше, чем в  гер-
мании(0,72эВ),
а следовательно, обратный ток меньше(1,46).
  Германиевые диоды работоспособны в меньшем
интервале темпе-
ратур(-60...+85C),однако
их выгоднее применять при выпрямле-
нии  низких 
напряжений,  так  как 
Vпр   для    германиевых
диодов(0,3...0,8  B  )
меньше  ,  чем   для    кремниевых(до
1,2В).Следовательно,
меньше будет и  мощность,  рассеиваемая
внутри
германиевого диода.
   Полупроводниковые диоды, на
вольт-амперной  характеристи-
ке
которых имеется участок со слабой 
зависимостью  напряже-
ния от
тока,называются стабилитронами.Таким участком являет-
ся
участок пробоя p-n-перехода.Для изготовления 
стабилитро-
нов
используют кремний, так как обратный ток кремниевых дио-
дов, по
сравнению с германиевыми, меньше зависят от темпера-
туры,а
следовательно, вероятность 
теплового  пробоя  в 
них
меньше
и напряжение на  участке  пробоя (лавинного  или тун-
нельного)почти
не изменяется с изменением тока.
  Основные параметры стабилитронов:Vст-напряжение
стабилиза-
ции;Iст
min-минимальный ток,с которого начинается стабилиза-
ция  напряжения;Rд=dV/dI-дифференциальное  сопротивление  (в
рабочей
точке);Rстат=V/I-статическое сопротивление (в  рабо-
чей    точке);       Q=Rд/Rстат-коэффициент        качества;
ТНК=(1/Vст)(dVст/dT)-температурный  коэффициент   напряжения
стабилизации.
  Стабилитроны  изготавливаются  с  различными    значениями
Vст,от
3 до 200 В.
  Для диодов с Vст>7В  ширина 
p-n-перехода
достаточно
велика и механизм пробоя лавинный. С ростом 
тем-
пературы
обратный ток диода увеличивается, 
так-же  увеличи-
вается
и напряжение пробоя. Это обусловлено тем, что 
тепло-
вое
рассеяние увеличивается, длина свободного пробега  носи-
телей  уменьшается 
и  к  p-n-переходу  требуется  приложить
большее
напряжение, чтобы носители заряда 
на  большем  пути
(равном
длине свободного пробега) набрали кинетическую энер-
гию,
достаточную для ионизации.
  В диодах с Vст<7В ширина p-n-перехода
мала и наряду с  ла-
винным
механизмом действует и туннельный.
  Конструктивно стабилитроны изготавливаются
подобно  выпря-
мительным
диодам, и их можно использовать вместо диодов.
  [1]Импульсные
Диоды
  Импульсными называются диоды,  которые 
могут  работать  с
временами
переключения 1 мкс и  меньше.  Высокочастотными  -
выпрямительные
диоды, предназначенные для работы 
на  часто-
тах до
150 МГц и выше.
  Большое влияние на характеристики
p-n-перехода на  высоких
частотах
оказывает зарядная емкость. Ее влияние 
проявляется
в
шунтировании p-n-перехода на высоких частотах и  ухудшении
выпрямляющих
свойств. В импульсных диодах 
наличие  зарядной
емкости
приводит к искажению  формы  импульса. 
Поэтому  им-
пульсные
и высокочастотные диоды характеризуются 
как  малым
значением
диффузионной емкости так и малым значением 
заряд-
ной
емкости. Малое  значение  зарядной 
емкости  достигается
уменьшением
площади p-n-перехода. Поэтому основная конструк-
тивная
задача заключается в уменьшении площади p-n-перехода.
  Для 
изготовления  импульсных  и 
высокочастотных   диодов
используют
германий и кремний. Преимуществом диодов из 
гер-
мания
является малое значение падения 
напряжения  на  диоде
при
прямом смещении, что существенно при работе 
диодов  при
малых
сигналах.
  Представляет интерес создание
импульсных  и  высокочастот-
ных
диодов на основе гетеропереходов с одним типом 
проводи-
мости,
например, n1-n2.
  Если работа выхода электронов
из
широкозонного полупроводника
меньше,
чем из  узкозонного, то
энергетическая
диаграмма n1-n2-
гетероперехода
может быть пред-
ставлена
в виде (Рис. 1)
                                          
Рис. 1
При
подаче напряжения  на  гетеропереход,  например  положи-
тельного
на n2, а отрицательного на n1-полупроводник, 
элек-
троны
из n1-полупроводника смогут переходить 
в  n2-полупро-
водник.
Через гетеропереход протекает ток, 
и  такую  поляр-
ность
внешнего напряжения можно назвать прямой.
  При обратном смещении электроны из  n2-полупроводника  бу-
дут
скатываться в потенциальную яму перед переходом,  пройти
который
они не могут, так как перед  ними  находится 
потен-
циальный
барьер. Обратный ток может образоваться 
только  за
счет
туннельного перехода  электронов  из 
n2-полупроводника
через
потенциальный барьер и за счет перехода дырок из n1- в
n2-полупроводник.
Для его  уменьшения  первый 
полупроводник
должен
быть достаточно сильно легирован, чтобы 
концентрация
неосновных
носителей была мала,  а  ширина 
перехода  должна
быть
достаточно большой, чтобы электроны из n2-полупроводни-
ка не
смогли туннелировать через потенциальный барьер.
  [1]Диоды
Шоттки
  Для создания диодов Шоттки используется
контакт  метал-по-
лупроводник.
Диоды Шоттки отличаются тем, что их работа 
ос-
нована
на переносе основных носителей. При 
прямом  смещении
электроны
из полупроводника переходят в металл. 
Их  энергия
на
больше энергии электронов в металле. Электроны из  полуп-
роводника
быстро (примерно за 10 с)  теряют  на 
соударениях
свою
избыточную энергию и не могут возвратиться 
в  полупро-
водник.
В диодах  Шоттки  не 
происходит  накопления  заряда
неосновных
носителей  (обуславливающее  снижение 
быстродей-
ствия
p-n-перехода), поэтому они особенно 
перспективны  для
использования
в качестве сверхбыстродействующих импульсных и
высокочастотных
диодов. Типичное время восстановления обрат-
ного
сопротивления диода Шоттки на основе, 
например  Au-Si,
порядка
10 пс и менее.
  [1]Фотодиоды
  Если подать на диод обратное смещение, он
может  использо-
ваться
в качестве фотоприемника, ток которого зависит от ос-
вещения.
При  достаточно  больших   
обратных    напряжениях
вольт-амперная
характеристика (рис. 2) запишется так:
               I=-( Iнас+ Iф)=- Iнас- qcB SФ
т.е.
ток не зависит  от
напряжения,  а 
опреде-
ляется
только интенсив-
ностью
света.
                                        Рис. 2
  Для увеличения чувствительности фотодиода
может  использо-
ваться
эффект лавинного умножения носителей в области объем-
ного
заряда p-n-перехода. К недостаткам лавинного 
фотодиода
следует
отнести, во-первых зависимость   М  от  интенсивности
света
и, во-вторых, жесткие требования к стабильности питаю-
щего
напряжения (0,01... 0,2 %), так-как коэфициент 
умноже-
ния  М сильно зависит от напряжения.
  Инерционные свойства фотодиодов можно
характеризовать пре-
дельной
рабочей частотой (частота модуляции света, на 
кото-
рой  амплитуда 
фотоответа    уменьшается    до   
0,7    от
максимальной),
постоянной времени  фотоответа  (определяемой
по
времени наростания импульса фотоответа до 0,63 до  макси-
мального,
при прямоугольном  импульсе  света), 
сдвигом  фаз
между
входным (световым) и выходным (электрическим) сигналом.
  В общем случае, инерционность фотодиодов
определяется тре-
мя
основными параметрами:  временем  диффузии 
неравновесных
носителей
через базу    ; временем  их 
полета через область
объемного
заряда p-n-перехода    ;
RC-постоянной    .  Время
диффузии
носителей через базу определено как:
                    =W   /2 Dp
Время
полета носителей через область область объемного заря-
да
(шириной  d)  можно оценить как    = d/Vmax,
где Vmax - мак-
симальная
скорость движения носителей в электрическом 
поле,
которая
при больших полях не зависит от напряженности 
элек-
трического
поля вследствии уменьшения подвижности в 
силовых
полях.
  Высоким 
быстродействием  обладают  фотодиоды 
на   основе
барьера
Шоттки. В типичной структуре такого диода через тон-
кую
полупрозрачную пленку металла и поглощается в основном в
области
объемного заряда полупроводника. Следовательно,  ин-
нерционность  обуславливается  только временами   i  и   rc.
Малое
значение      обуславливается узкой
областью объемного
заряда,  а небольшое значение      получается за счет  того,
что
удельное сопротивление металла много меньше, чем  полуп-
роводника,
и     соответственно меньше. Основными
переносчи-
ками
тока через контакт в этом случае являются дырки  полуп-
роводника,
которые  практически  мгновенно 
рекомбинируют  с
электронами
в металле.
  [1]Светодиоды
  Энергетической характеристикой
излучающих  диодов  (свето-
диодов)
является квантовая  эффективность,  которая 
опреде-
ляется
как отношение числа излучаемых во вне фотонов к  чис-
лу
электронов, проходящих через p-n-переход. Хотя эта  вели-
чина
теоретически может достигать 100%, практически она  по-
рядка
0,1...1%. Это  объясняется  большой 
долей  безизлуча-
тельных
переходов в общем рекомбинационном процессе и малос-
тью
доли фотонов, выходящих из светодиода. С понижением тем-
пературы
вероятность  излучательной  рекомбинации  растет  и
квантовая
эффективность увеличивается.
  Отличительными особенностями
светодиодов  по  сравнению 
с
обычными
источниками света являются малые размеры, малые ра-
бочие
напряжения, высокое быстродействие (~10 c)  и  большой
срок
службы. Светодиоды находят широкое применение для  схем
автоматики,
световых табло, оптронов.
  [1]Туннельные
Диоды
  Туннельный диод является с
вольт-амперной  характеристикой
N-типа,
работа которого основана на 
туннельном  прохождении
носителей
заряда через  потенциальный  барьер 
p-n-перехода.
Как
известно, вероятность туннельного прохождения частиц че-
рез
потенциальный барьер растет с 
уменьшением  его  ширины.
Поэтому
для создания туннельных диодов используют 
p-n-пере-
ходы с
узкой областью объёмного заряда. Другим требованием к
материалу
туннельного для диода является 
необходимость  вы-
рождения
p- и n- областей. Полупроводники становяться вырож-
денными
при сильном легировании. Уровень Ферми в 
этом  слу-
чае
расположен в разрешенной зоне. С 
повышением  концентра-
ции
примесей уменьшается и ширина области 
объемного  заряда
p-n-перехода
(при Na=Nd=10 см  ,d  10 
см).  Таким  образом,
сильным
легированием областей p-n-перехода 
достигается  вы-
рождение
p- и n- полупроводников  и  малое 
значение  ширины
p-n-перехода.
     Эквивалентная  схема               R
туннельного  диода 
может          ЪДД[1]ДДї
быть
представлена в  виде     тДДДДґ  
 C  ГД[1]ДД
ДДДт
(Рис.
3).                          АДДДДДЩ   r    L
                                         Рис. 3
  Она состоит из дифференциального
сопротивления p-n-перехо-
да  R, зарядной ёмкости  C, сопротивления потерь  r,  индуктив-
ности
выводов  L. Емкость  корпуса 
туннельного  диода  можно
учесть
в схеме внешней цепи,  поэтому  мы 
её  для  простоты
опустим.
Перенос тока в туннельном диоде при V<Vост  осущес-
твляется
основными носителями, а не неосновными, как в обыч-
ных  диодах.  
Скорость  распростронения  процесса  
опреде-
ляется
временем релаксации       . Это время
порядка 10  ...
10   с и оно не ограничивает частотные свойства
прибора.
Поэтому  в 
эквивалентной  схеме  отсутствует   диффузионная
мкость
p-n-перехода, а все остальные 
элементы  практически
не  зависят от частоты.
  На основании эквивалентной схемы нетрудно
записать выраже-
ние для
полного сопротивления туннельного диода, а 
из  него
определить
предельную и собственную резонансную частоту.
  Туннельные диоды, благодаря их
высокочастотным  свойствам,
применяються  в 
схемах  высокочастотного  переключения,   а
так-же
для усиления и генерирования колебаний на 
сверхвысо-
ких
частотах. Схема переключения подобна 
аналогичной  схеме
на
S-диоде. Для того  чтобы  нагрузочная 
прямая  пересекала
вольт-амперную
характеристику в трех  точках,  сопротивление
нагрузки
должно быть больше дифференциального 
сопротивления
диода
на участке отрицательного сопротивления.
  Вследствии большей ширины запрещённой
зоны  арсенида  гал-
лия
напряжение срыва в диодах из него  (~1
B)  выше,  чем  в
диодах
из германия (~0,4 B). Поэтому диоды из арсенида  гал-
лия
предпочтительнее для использования в 
переключающих  ус-
тройствах
(в особенности для счетной техники) и в 
генерато-
рах.
Широкая запрещенная зона  обуславливает  и 
большую  их
термостабильность.  Германиевые 
туннельные   диоды    имеют
меньший
уровень собственных шумов, что важно для использова-
ния в
схемах усилителей.
эьц=ь[1]<*.FRM*.MAC
[1](
Б@яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя
рефераты Рекомендуем рефератырефераты

     
Рефераты @2011