Лекция_2 (1)

шению тока через стабилитрон на величину, равную приращению Iн, т.е. величина падения напряжения на балластном резисторе Rб и соответственно Uн возвращаются к прежним значениям.

Выводы:

-Полупроводниковый стабилитрон это диод, работающий при обратном напряжении в режиме электрического пробоя.

-Необходимое напряжение стабилизации получают выбором соответствующей концентрации примеси в базе диода.

3.2 Туннельные диоды. Структура и принцип действия.

Туннельный диод - это полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперной характеристике при прямом напряжении участка отрицательной дифференциальной проводимости.

В отличие от всех остальных полупроводниковых диодов для изготовления туннельных диодов используют полупроводниковый материал с очень высокой концентрацией примесей (1018...1020 см-3). Следствием высокой концентрации примесей в прилегающих к p - n -переходу областях является:

1.Малая толщина перехода (около 10-2 мкм), т. е. на два порядка меньше, чем в других полупроводниковых диодах. Сквозь такие тонкие потенциальные барьеры возможно туннелирование носителей заряда.

2.Расщепление примесных энергетических уровней с образованием примесных энергетических зон, которые примыкают к зоне проводимости в n -области и к валентной зоне в p -области. Уровни Ферми при этом оказываются расположенными в разрешенных зонах.

УГО туннельного диода

электронов из n -области в p -область.

При прямом напряжении на диоде, когда свободные энергетические уровни валентной и примесной зон p -области окажутся на одной высоте с занятыми электронами энергетическими уровнями зоны проводимости и примесной зоны n -области, туннельный ток через диод будет максимальным (в).

При дальнейшем увеличении прямого напряжения на диоде туннельный ток через диод будет уменьшаться, так как из-за смещения энергетических диаграмм будет уменьшаться количество электронов, способных туннелировать из n -области в p -область (г).

Туннельный ток через диод окажется равным нулю при некотором еще большем прямом напряжении, когда из-за относительного смещения энергетических диаграмм n - и p -областей для свободных электронов n -области не будет свободных энергетических уровней в p -области (д). Однако при этом через диод будет проходит прямой ток, обусловленный переходом носителей заряда через понизившийся потенциальный барьер p - n -перехода, т. е. ток, связанный с инжекцией.

С дальнейшим увеличением прямого напряжения в связи с уменьшением высоты потенциального барьера прямой ток через туннельный диод будет возрастать, как и в обычных выпрямительных диодах (е).

При обратном напряжении на туннельном диоде опять возникают условия для туннелирования электронов (ж). Только теперь электроны туннелируют из валентной зоны p -области в зону проводимости n -области. Возникающий при этом обратный ток будет расти с увеличением обратного напряжения по абсолютному значению. Туннельный диод обладает относительно высокой проводимостью при обратном напряжении. Можно считать, что у туннельного диода при ничтожно малых обратных напряжениях происходит туннельный пробой.

Таким образом, туннельный диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением в некотором диапазоне прямых напряжений. Это и является самым интересным свойством туннельного диода, так как всякий прибор с отрицательным дифференциальным сопротивлением может быть использован для генерации и усиления электромагнитных колебаний, а также в переключающих схемах. Туннельные диоды одинаково хорошо проводят ток при любой полярности приложенного напряжения, т. е. они не обладают вентильными свойствами. Более того, обратный ток у них во много раз больше обратного тока других диодов.

Выводы:

1.Отличительной особенностью туннельных диодов является наличие на прямой ветви вольт-ампе- рной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Это позволяет использовать туннельный диод в качестве усилительного элемента.

2.Туннельный эффект достигается за счет очень высокой концентрации примесей в p- и n-областях.

3.Так как возникновение туннельного тока нес вязано с инжекцией носителей заряда, туннельные диоды имеют малую инерционность и вследствие этого могут применяться для усиления и генерации высокочастотных колебаний.

3.3 Варикап.

Варикап — это полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.

Диод обладает барьерной и диффузионной емкостями. В качестве варикапов используют только диоды при обратном постоянном смещении, когда проявляется только барьерная емкость. Диффузионная емкость проявляется при прямом смещении диода, когда проводимость его велика и велики потери мощности из-за относительно больших активных токов через диод.

Зависимость емкости от напряжения смещения различна для варикапов, изготовленных методом диффузии или методом вплавления примесей. В сплавных варикапах с резким p - n -переходом зависимость барьерной емкости от напряжения смещения получается более резкая. Связано это с тем, что глубина проникновения электрического поля в материал зависит от удельного сопротивления этого материала. В сплавном варикапе слои полупроводника, прилегающие к переходу, легированы равномерно, а в диффузионном — при удалении от перехода концентрация некомпенсированных примесей увеличивается, т. е. уменьшается удельное сопротивление.

Поэтому для получения еще более резкой зависимости емкости варикапа от напряжения смещения необходимо создавать в объеме полупроводника варикапа аномальное распределение