Глава 4.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ диоды

4.1. Диоды

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый при­бор с одним р-п переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода.

1. Реальная вольт-амперная характеристика диода

На рис. 4.1,а приведена характеристика диода с одинаковым мас­штабом по осям прямого (прямая ветвь) и обратного (обратная ветвь) сме­щений, очень близкая к характеристике идеального вентиля (ключа). Од­нако в связи с резким различием прямой и обратной ветвей на практике чаще используют вольт-амперную характеристику (ВАХ) с разными мас­штабами для прямой и обратной ветвей, как на рис. 4.1,6. Реальная харак­теристика (сплошная линия) отличается от теоретической (пунктирная кривая). На прямой ветви при больших токах заметным оказывается уже падение напряжения /_И-Л₀бл на омических сопротивлениях областей, и об- Тцее напряжение U_a на переходе будет больше напряжения £/', приложен­ного к переходу, на величину I_a-R₀б_Л‘

i/_e=£/;+/«-JW

На обратной ветви характеристики отличие более существенно. Во- первых, обратный ток /₀бр больше 1₀ и, как правило, несколько возрастает с ростом £/_овр. Одной из причин этого являются токи утечки на поверхности кристалла, другой - наличие тока термогенерации, который не учитывался идеальной вольт-амперной характеристикой. Для реального диода р-п пе­реход имеет конечную ширину, поэтому процессы генерации и рекомби­нации носителей зарядов в нем необходимо учитывать. Электрическое по­ле, которое всегда есть в переходе, быстро уносит генерируемые носители в соответствующий слой р-п перехода, что вызывает протекание некоторо­го тока - тока термогенерации.

а б

Рис. 4.1

Во-вторых, при больших обратных напряжениях возникает пробой р-п перехода, обусловливающий резкий рост обратного тока, не вы­текающий из (3.9) (участок обратной ветви ВАХ после точки С (см. рис.

4.1,6).

Вентильные свойства диода выражены тем ярче, чем меньше об­ратный ток /₀ при заданном обратном напряжении U₀в_р и чем меньше пря­мое напряжение U_a при заданном прямом токе 1_а. Эти два требования про­тиворечивы. Из (3.9) видно, что изменение теплового тока, какими бы при­чинами оно ни вызывалось, сопровождается изменением прямого напря­жения в противоположном направлении. Это хорошо видно из рис. 3.9, где различие /<> обусловлено разницей температур при прочих равных услови­ях. Важным следствием этой общей зависимости является то, что прямые напряжения у кремниевых диодов заметно больше, чем у германиевых, по­скольку тепловой ток /₀ у первых на несколько порядков меньше. Различие В прямых напряжениях германиевых и кремниевых диодов составляет обычно 0,3-0,4 В. Поэтому ВАХ обоих типов диодов, построенные в оди­наковом масштабе, имеют разную форму (рис. 4.2). Для кремниевых дио­дов ВАХ сдвинута по оси напряжений на несколько десятых долей вольта (образуется так называемая пятка). В этой связи вводится параметр U - напряжение открытого перехода диода. При комнатной температуре в нормальном режиме if = 0,7 В.

Рис. 4.2

Если прямое напряже­ние всего на 0,1 В меньше напряжения £/*, переход уже может считаться запертым, поскольку токи при таких на­пряжениях в десятки раз меньше номинальных. По­этому условно можно назвать величину (С/ - 0,1) В напря­жением отпирания диода (по­роговое напряжение С/_пор). Напряжение отпирания хо­рошо видно на рис. 4.2. При напряжениях, меньших на­пряжения (U - 0,1) В, вплоть до нуля, ВАХ сливается с осью абсцисс, образуя «пят­ку» ВАХ.

2. Параметры диода

При практическом использовании диодов, как правило, бывает дос­таточно знать лишь координаты отдельных точек, а не всю характеристику диода. В справочниках на диоды приводятся электрические параметры, определяемые координатами точек на прямой и обратной ветвях.

Параметры диода, характеризующие прямую ветвь (точка А, рис.

4.1,6):

1. /„р — длительно допустимый постоянный прямой ток;

2. U_а - прямое падение напряжения на диоде при постоянном пря­мом токе;

3. Лд - дифференциальное сопротивление диода. Оно может быть определено из вольт-амперной характеристики по приращениям:

R

Л — 5

^Д А1_а

а также из теоретической характеристики (3.9):

Л = ~(4.1)

^dIa 1_а

d и_п

R_a для диодов используется значительно реже, чем /_пр и U_a.

53

Параметры диода, характеризующие обратную ветвь (точка В):

1. (/₀б_Р шах - допустимое обратное напряжение на диоде, при котором не происходит пробоя даже в наихудших условиях. Оно задается с доста­точным запасом по отношению к U_npo5:

^обр шах — ^ ^ проб ’ (^-2)

где т - коэффициент запаса. В зависимости от типа диода коэффициент запаса находится в пределах 0,4-0,7 [4,5].

2. /₀бр - постоянный обратный ток, протекающий через диод при по­стоянном обратном напряжении (7₀б_Р max-

Необходимо отметить, что приведенные выше параметры определе­ны по статической вольт-амперной характеристике, снятой при посто­янном токе. Для некоторых типов диодов набор параметров и способ их задания отличаются от приведенных, на что будет указано при рассмотре­нии некоторых разновидностей диодов.

2. Разновидности диодов.

Точечные и плоскостные диоды

В настоящее время выпускается много различных типов полупро­водниковых диодов с допустимыми прямым током от единиц миллиампер до сотен ампер и обратным напряжением от десятков вольт до нескольких тысяч вольт. И все эти диоды выполняются на основе р-п перехода либо выпрямляющего контакта металл - полупроводник. Однако требования к диодам в зависимости от их назначения могут быть весьма различными, например в одном случае требуется пропускать как можно больший пря­мой ток (сотни ампер), в другом - необходимо очень быстрое переключе­ние при малых токах и т.д. В связи с различием требований все диоды под­разделяются на следующие основные группы: выпрямительные, импульс­ные, обращенные диоды, диоды Шоттки, варикапы, туннельные, стабили­троны. В каждой группе могут вводиться дополнительные параметры, уточняющие свойства диода.

Ниже рассмотрены некоторые из указанных разновидностей, исполь­зующиеся в устройствах промышленной электроники.

По способу изготовления р-п перехода диоды делятся на две боль­шие группы - плоскостные и точечные.

Плоскостные диоды имеют плоский р-п переход с достаточно боль­шой площадью перехода. Величиной площади перехода определяется мак­симальный прямой ток, который для разных диодов находится в пределах от десятков миллиампер до сотен ампер.

Обратные напряжения плоскостных диодов могут достигать тысячи вольт и выше. В настоящее время используется несколько методов из­

готовления р-п переходов. Наиболее распространены сплавной и диффузи­онный методы. В качестве примера ниже приведено описание сплавного метода. Диффузионный метод будет описан в главе 8 «Интегральные мик­росхемы».

а б в

Рис. 4.3

Сплавной метод - один из первых и самых дешевых методов полу- чения р-п переходов. При сплавлении каждый переход изготовляется от- дельно (индивидуальный метод). На рис. 4.3 в общих чертах показаны ос- новные стадии сплавного метода. На базовую пластинку германия «-типа накладывается таблетка акцептора - индия In (см. рис. 4.3,а). Затем пла- стинка с таблеткой помещается в вакуумную или водородную печь и на- гревается до такой температуры (« +500 °С), при которой таблетка индия и прилегающий к ней слой и-Ge расплавляется и образует расплав (см. рис.

6. . Затем нагрев прекращается.

При остывании на дне капли образуется тонкий рекристаллизован- ный (с сохранением кристаллической структуры Ge) слой германия р-типа (см. рис. 4.3, в), а на границе р- и и-областей - р-п переход. Застывший ин- дий образует с p-областью германия невыпрямляющий контакт. К индию припаивается внешний вывод (обычно никелевая проволочка). На нижнюю часть базовой пластинки наносится слой олова (олово с n-Ge образует не- выпрямляющий контакт), к которому припаивается внешний никелевый вывод. Затем полученный р-п переход с выводами помещается в гермети- ческий корпус.

Точечные диоды имеют р-п переход в виде полусферы с очень малой площадью перехода (рис. 4.4). Технология их изготовления сравнительно проста. Жесткая заостренная игла из сплава вольфрама с молибденом при-

жимается к базовой пластинке германия (или кремния) и-типа, помещается в корпус и герметизируется. После сборки и герметизации производится электроформовка

• пропускание через прижимной контакт импульсов то- ка с большой амплитудой. Под действием этих импуль- сов под острием иглы образуется p-область (с очень ма- лыми размерами) и р-п переход на границе с исходным полупроводником и-типа. Точечные диоды изготовля-

Р~*С I переход

и-Ge

Рис. 4.4

ются для сравнительно небольших токов и обратных напряжений, но зато они дешевы и рабочие частоты их высоки.

1. Выпрямительные и силовые диоды

Выпрямительные и силовые диоды используются в выпрямительных устройствах низкой частоты. Силовыми называют диоды, прямой ток ко- торых превышает 10 А. Выпрямительные диоды (не силовые) - это самые распространенные, самые обыкновенные плоскостные диоды. Кроме вы- прямительных устройств они широко используются в самых разнообраз- ных схемах, рабочие частоты которых невелики. В последнее время вы- прямительные и силовые диоды, как правило, изготовляются из кремния. Электрические параметры и методы их определения, обусловленные осо- бенностями работы диодов в цепях переменного тока, несколько отлича- ются от рассмотренных выше. Параметры выпрямительных и силовых диодов определяются из классификационной вольт-амперной характери- стики (рис. 4.5), прямая ветвь которой представляет зависимость среднего значения прямого тока от среднего значения прямого напряжения в режи- ме однополупериодного выпрямления (при этом на диод подаются только положительные полусинусоиды напряжения).

Обратная ветвь классификационной характеристики представляет зависимость среднего значения обратного тока от амплитудного значе- ния обратного напряжения (на диод при этом подаются только отрица- тельные полусинусоиды напряжения). Параметры выпрямительных и си-

ловых диодов определяются также координатами точек классификационной вольт- амперной характеристики. На прямой ветви (см. рис. 4.5, точ- ка А) определены:

1. 1_ан - номинальный средний прямой ток. Это дли- тельно допустимый ток, при ко- тором диод не нагревается вы- ше допустимой температуры.

Для германиевых диодов плот- ность прямого тока достигает

0. 5 А/мм², для кремниевых - 1 А/мм².

2. AU_aH - номинальное среднее значение прямого на-

пряжения при токе 1_ак. По величине Д U_m силовые диоды делятся на груп­пы.

На обратной ветви (точка В) определены:

1. ■ Uoбр.н - номинальное обратное напряжение. Это максимальное до­пустимое напряжение любой формы, при котором не происходит пробой р-п перехода. По величине U₀б_Р._н силовые диоды делятся на классы. Класс обозначается числом, получаемым от деления £Л>бр.н на 100. 1/₀б_Р._н опреде­ляется по условию (4.2). Для силовых диодов т = 0,5.

2. /₀бр ср - среднее значение обратного тока, это среднее за перис"- значение обратного тока при номинальном обратном напряжении.

Кроме этих параметров для выпрямительных диодов, особенно г мощных силовых диодов, важное значение имеют также парамет..

Л>ас.доп ^_ допустимая мощность рассеяния в диоде, при котопо- переход не нагревается выше допустимой температуры;

R' _с - тепловое сопротивление участка переход - среда, это тивление растеканию тепла, выделяемого в переходе.

Распределение силовых диодов по группам показано в таб' раметры выпрямительных диодов приведены в табл. 4.2.

Распределение силовых диодов по группам

Параметры выпрямительных диодов

57

2. Тепловой расчет полупроводниковых приборов

Для всех полупроводниковых приборов, в том числе и для диодов, мощность рассеяния Р_рас, тепловое сопротивление R‘_nc и температура ок­ружающей среды tg_Kр и перехода t°_ep связаны уравнением теплового ба­ланса:

4р-'ок_Р=ЯпсЛас’

которое лежит в основе тепловых расчетов полупроводниковых приборов. При известных F_pac, Я_с и /°_кр (из 4.3) может быть определена темпера­тура перехода г°_ер, которая и используется в (3.10) и (3.11). Для улучшения условий охлаждения (уменьшения ?°_ер) применяются радиаторы (теплоот­воды). Тогда тепловое сопротивление будет состоять из теплового сопро­тивления переход - корпус R'_nK и теплового сопротивления корпус - среда Л'_с:

(4.4)

При плотном соединении радиатора с корпусом можно приближенно считать, что R'_KK равно тепловому сопротивлению радиатора Rр_ад :

Д1с«Драд- (⁴-⁵)

Уравнение теплового баланса с радиатором, с учетом (4.4) и (4.5), можно записать в виде

'пер-'окр =(*пк +Драд)^рас- <⁴'⁶)

Из (4.6) может быть определено R'_pw, при котором при заданной мощности рассеяния и максимальной температуре окружающей среды (о_т max температура перехода не превышает максимально допустимой 1°

*пердоп •

/° ~t°

D' ^ ^пеР Д°п *окр шах „/ _(лп.

^рад ^ р пк‘

■‘рас

R‘_paJl для типовых теплоотводов и /?' _к даются в справочниках.

Площадь поверхности S_Fm (в см²) нетипового радиатора может быть при­ближенно определена по следующей формуле:

3. Кремниевые стабилитроны (опорные диоды)

Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, у которых в области пробоя (на обратной ветви) напряжение на диоде почти не изменя­ется при изменении тока пробоя в широких пределах. Это обусловлено тем, что имеет место только электрический пробой. Тепловой пробой на рабочем участке характеристики исключен. Стабилитроны выполняются из кремния сплавным (реже диффузионным) методом [3]. Вольт-амперная характеристика и условное обозначение стабилитрона приведены на рис. 4.6. Прямая ветвь - обычная. Рабочей является обратная ветвь в области пробоя. В пределах /_{сг min} - /_{ст тах} напряжение пробоя является напряжением стабилизации U_mд- Стабилитроны используются для стабилизации посто­янного напряжения и для ограничения напряжения (постоянного и пере­менного), а также в качестве источников эталонного напряжения и др.

/_а, мА 30"

&

10-

7

2 0 J\ 0 Ua, В

■ ■20

2

..60

ст шах

Рис. 4.6

Параметры стабилитронов определяются на рабочем участке харак­теристики. Основными параметрами являются:

U„ - номинальное напряжение стабилизации;

/_ст - номинальный ток стабилизации;

4г min - минимальный ток стабилизации (при токах, меньших I„ _тт, резко ухудшаются свойства стабилитрона);

Jet max - максимальный ток стабилизации, при котором гарантируется заданная надежность при длительной работе (/„ _тах определяется допусти- мой мощностью рассеяния Р_{рас шах});

Я_д - дифференциальное сопротивление на рабочем участке, опреде- ляемое отношением приращения напряжения стабилизации AU_CT к вызвав- шему его приращению тока стабилитрона Л/_Ст (при заданном токе стабили- трона):

(4.9)

д.ср

ЛL

ТКС - температурный коэффициент напряжения стабилизации, оп- ределяемый как отношение относительного (процентного) изменения на- пряжения стабилизации AU‘_cr к изменению температуры окружающей сре- ды:

A UL

ТКС =-

% /⁰ С.

окр

Если напряжение не превышает 5,7 В, то ТКС отрицателен. При этом преобладает туннельный механизм пробоя. При больших напряжениях (Ucr > 5,7 В) доминирует. лавинный механизм и ТКС становится положительным [2,3]. В табл. 4.3 приведены параметры некоторых стабилитронов.

Таблица 4.3

Параметры стабилитронов

4.2.4. Импульсные диоды

Импульсные диоды предназначены для работы в цепях с очень бы­стрым (импульсным) изменением тока по величине и по направлению. При быстром изменении напряжения (тока) на диоде ток (напряжение) через диод в соответствии со статической характеристикой (3.9) устанавливается не сразу, а через некоторое время, обусловленное инерционностью диода.

60

Инерционность диода связана с конечной скоростью установления концен­трации неравновесных носителей при внешнем смещении р-п перехода. Поэтому для импульсных диодов наряду с параметрами, определенными из статической вольт-амперной характеристики, вводят еще ряд парамет­ров, характеризующих инерционность диода. Основные из них:

1 • t_mQ„ - время восстановления обратного сопротивления при пере­ключении из прямого направления в обратное в момент г, (рис. 4.7). В на­чальный момент после переключения U_a обратный ток намного больше ус­тановившегося (3.8) из-за высокой неравновесной концентрации неоснов­ных носителей, оставшихся от прямого смещения. В течение f_B0CCX концен­трация неосновных носителей уменьшается, а обратный ток достигает за­данного значения (несколько большего, чем из (3.8), как показано на рис. 4.7).

U_t

Лкбр

обр

и_т

Рис. 4.8

2. ?_уст - время установления прямого сопротивления диода при пере­

ключении из обратного направления в прямое в момент t\ (рис. 4.8). В на­чальный момент включения прямого тока величина прямого напряжения (сопротивления) на р-п переходе больше, чем это следует из (3.7), так как концентрация инжектированных (неосновных) носителей еще мала. В те­чение t_y„ концентрация инжектированных носителей достигает величины, близкой к установившейся, а прямое напряжение (сопротивление) умень­шается до 1,1 (У_пр, соответствующего статической вольт-амперной характе­ристике (3.7). Этот процесс еще характеризуют максимальным импульс­ным прямым напряжением U_{np имп тах}.

2. С_л - емкость диода при заданном смещении. Часто С_д измеряется при U₀₆р = 5 В.

В табл. 4.4 приведены параметры некоторых импульсных диодов. Импульсные диоды выполняются точечными и плоскостными с малой площадью перехода.

Таблица 4.4

Параметры импульсных диодов

По величине /_1ШСС| импульсные диоды подразделяются на:

• скоростные, или микросекундные, 1мкс < г_восст < 0,1мс;

• сверхскоростные, или наносекундные, /₈осст^< ОДмкс.

5. Туннельные и обращенные диоды.

Туннельный эффект Туннельные диоды

Основой туннельного диода (ТД) также является р-п переход, однако среди других ТД занимает особое место. Его действие в рабочем диапазоне основано на туннельном механизме протекания тока, а не на диффузион­ном, как у других диодов. В туннельном диоде р-п переход образован меж­ду двумя вырожденными областями р- и и-типа (т.е. с очень высокой кон­центрацией доноров и акцепторов - 10¹⁹ см ³ и больше). Уровень Ферми вырожденных полупроводников находится внутри разрешенной зоны. По­тенциальный барьер такого перехода близок к максимальному, а ширина р-п перехода мала: 0,01-0,02 мкм. Внутреннее электрическое поле перехо­

62

да достигает критической величины £_кр > 10⁵ В/см, при которой резко воз­растает вероятность туннельного эффекта. При этом электроны могут пе­реходить из одной области в другую, не преодолевая потенциального барьера, а просачиваясь сквозь него (туннелировать) благодаря волновым свойствам электрона. В вольт-амперной характеристике туннельного диода (рис. 4.9) имеется область, обусловленная туннельным механизмом проте­кания тока - вся обратная ветвь и прямая ветвь до точки 2. В этой области при малых смещениях (прямом и обратном) токи резко возрастают. Затем на прямой ветви достигается максимальное (пиковое) значение /_п, после которого прямой ток падает (из-за уменьшения напряженности Е в перехо­де и уменьшения туннельного потока носителей).

Рис. 4.9

В точке 2 (называемой впадиной) туннельный эффект практически исчезает и преобладающим становится диффузионный механизм протека­ния тока, вольт-амперная характеристика после точки 2 совпадает с пря­мой ветвью ВАХ обычного диода. Рабочей является часть прямой ветви в пределах 0 + (7₃. Участок характеристики {/„— U_B с отрицательным сопро­тивлением - важнейшая особенность туннельного диода. Туннельные дио­ды обладают высоким быстродействием (могут работать в СВЧ диапазо­не), могут использоваться в широком диапазоне температур (германиевые

• до +200 °С, арсенидгаллиевые — до +400 °С). В устройствах автоматики туннельные диоды применяются как быстродействующие переключающие элементы.

Туннельный эффект

Туннельный эффект имеет квантово-механическую природу и за­ключается в том, что электроны благодаря своим волновым свойствам мо­гут «просачиваться» сквозь тонкий и высокий потенциальный (энергети­ческий) барьер без изменения своей энергии (по горизонтали), как бы по туннелю в барьере - туннелировать. Под энергетическим барьером здесь следует понимать ширину запрещенной зоны Д W или соответствующий ей потенциальный барьер ф₃= AW/q. Туннельный эффект объясняется зонной теорией твердого тела. Туннелирование в заметных размерах возможно, если:

1. Напряженность электрического поля Е больше критической: Е > >Ещ,_т = 10⁵ В/см.

2. Толщина потенциального барьера не превышает 0,01 0,02 мкм.

3. Имеются занятые элекронами энергетические уровни в зоне, из которой возможно туннелирование электронов.

4. Имеются свободные разрешенные энергетические уровни с такой же энергией в зоне, куда могут туннелировать электроны, упомянутые выше, т.е. должны быть изоэнергетические уровни по обе стороны барье­ра.

Условия туннелирования дырок точно такие же [2]. Для упрощения рассмотрим только движение электронов при туннелировании. Все указан­ные условия выполняются, и туннелирование имеет место в р-п переходе ТД.

Равновесие ТД. На рис. 4.10,а приведена зонная (энергетическая) диаграмма симметричного туннельного перехода в равновесии. Из-за большого потенциального барьера ф₀ взаимное смещение р- и и-областей (см. рис. 3.2) такое, что нижняя часть зоны проводимости (ЗП) и-области и верхняя часть валентной зоны (ВЗ) p-области оказались на одном уровне и разделенными очень узким запорным слоем шириной d « (0,01 -г- 0,02) мкм [2]. Примем для упрощения, что все разрешенные энергетические уровни ниже уровня Ферми W£ (в р-области) и Wp (в л-области) заняты электро­нами. Занятые электронами уровни на рис. 4.10 заштрихованы. Все разре­шенные энергетические уровни выше уровня Ферми в р- и л-областях свободны. Эти уровни не заштрихованы. Это соответствует температуре Т = 0 К, а распределение электронов по уровням описывается кривой 1 (ступенчатой) распределения Ферми f„{W) согласно (2.1). Такое условие существенно упрощает рассмотрение туннельного тока через переход, не внося при этом большой шлрешности, т.к. ТД может работать при очень низких температурах (вблизи 0 К). В равновесии (U_a = 0) устанавливается общий уровень Ферми W_F (Ж/ = Wp = W_F ). Электроны из ЗП л-области туннелировать не могут, т.к. им некуда туннелировать: против них в ВЗ

р-области все энергетические уровни заняты электронами (нет места для «просачивания» электронов). Не могут туннелировать и электроны из ВЗ p-области: против них в ЗП «-области разрешенные энергетические уровни заняты (тоже нет места), а в запрещенной зоне AW нет разрешенных уров­ней энергии. Значит, при U_a = 0 нет туннельных потоков, нет тока через переход - /„ = 0. Полученный вывод верен и для более высокой температу­ры - Т> 0 К, при которой распределению Ферми (2.1) соответствует кри­вая 2 на рис. 4.10,а. Часть электронов при этом находится выше уровня Wp в ЗП n-области, а ниже уровня имеются свободные энергетиче­ские уровни. То же самое и в ВЗ p-области: имеются занятые электронами энергетические уровни выше уровня Ферми Wp и есть свободные энерге­тические уровни (дверки) ниже W£, т.е. при равновесии (U_a = 0) уже про­исходит некоторое туннелирование электронов из ЗП «-области в ВЗ р- области (прямой туннельный ток) и, наоборот, туннелирование электронов из ВЗ p-области в ЗП я-области (обратный туннельный ток). В отличие от туннельного пробоя в обычных диодах (П. 3.2.1), происходящего только при обратном смещении (при U_a5p = U_nfa), в ТД туннелирование в обоих направлениях имеется уже в равновесии (при U_a = 0). Встречные туннель­ные токи в равновесии одинаковы, т.к. кривая распределения электронов

1. по энергетическим уровням f,(W) симметрична относительно общего уровня Ферми Wp. Поэтому вероятность f„(W) нахождения электронов выше общего уровня Ферми W_F и вероятность (1 - f„(W)) отсутствия элек­тронов ниже этого уровня в р- и «-областях одинаковы. Следовательно, вероятности туннелирования слева и справа одинаковы. Прямой и обрат­ный туннельные токи равны (обозначены маленькими стрелками). Ток че­рез переход 1_а = 0.

Прямое смещение ТД. При прямом смещении ТД (U_a = U„_p > 0) уро­вень Ферми Wр л-области смещается вверх на величину qU„_p относительно уровня Wp р-области (рис. 4.10,6):

W$ = W/ + qU_np {U= W/q).

На такую же величину qU_np уменьшается смещение p-области отно­сительно n-области. При этом интервал занятых электронами уровней в ЗП n-области все больше перекрывается интервалом свободных уровней (ды­рок) в ВЗ p-области, что ведет к увеличению интенсивности туннелирова­ния электронов из n-области в p-область, т.е. к увеличению прямого тун­нельного тока. В то же время уменьшается возможность туннелирования электронов из ВЗ p-области в п-область, т.к. перекрытие интервала занятых уровней в ВЗ p-области с уровнями ЗП и-области уменьшается, а увеличи­вается перекрытие с запрещенной зоной, в которой нет разрешенных энер­

гетических уровней. Происходит увеличение тока на прямой ветви ВАХ (рис. 4.9, интервал токов 0-1). Максимальное значение тока /„ (точка 1) достигается при максимальном перекрытии интервала ниже уровня Wp (занятого электронами) и интервала выше уровня W/ (свободного от элек­тронов), как показано на рис. 4.10,6. При дальнейшем увеличении t/_np ука­занные интервалы начинают расходиться. Интервал с электронами в ЗП и-области начинает перекрываться с запрещенной зоной Д W, куда тунне­лирование невозможно (нет разрешенных уровней). Прямой ток начинает уменьшаться до тока 1_В (точка 2), когда дно ЗП «-области W_c окажется на одном уровне с потолком ВЗ p-области 1¥_г/. Туннельный ток в точке 2 пре­кращается. При дальнейшем повышении t/_np, начиная с точки 2, вступает в действие диффузионный механизм протекания прямого тока, как в обыч­ном диоде.

Обратное смещение ТД. При обратном смещении (U_a — U₀б_Р < 0) от­носительное смещение областей на зонной диаграмме увеличивается на величину qU_o5p (рис. 4.10,в):

<роб_Р = фз + I/обр (ф = W/q).

а

Рис. 4.10

fVc

Wn

©

AW

" wrm,

Вал. зона

Wf =Wp -qU_nf

7Ш/,

W_c

W_v

Рис. 4.10 (окончание)

■*ia

При этом туннелирование электронов из n-области в р-область (пря­мой ток) прекращается (некуда туннелировать). Туннелирование из р-об­ласти в и-область (обратный ток) резко возрастает, т.к. увеличивается пе­рекрытие интервала занятых электронами уровней в ВЗ p-области с интер­валом свободных уровней в ЗП и-области и увеличивается напряженность электрического поля Е в переходе. Процессы в р-п переходе ТД при обрат­ном смещении аналогичны туннельному пробою (П. 3.2.1). Можно счи­тать, что при увеличении обратного напряжения на ТД происходит резкий рост тока туннельного пробоя, имеющегося уже в равновесии (при U_a = 0).

Параметры ТД. Основные статические параметры ТД определяются координатами точек 1, 2, 3 его ВАХ (см. рис. 4.9).

/„ (/,), U„ (t/i) - ток и напряжение пика (точка 1).

U* (Ui) ~ ток и напряжение впадины (точка 2).

Upр (U₃) - напряжение раствора, прямое напряжение, большее на­пряжения впадины, при котором ток равен пиковому.

IJh {h Иг)- отношение тока пика к току впадины.

В скобках указаны обозначения параметров, которые тоже применя­ются довольно часто.

ТД изготавливаются из германия (Ge) - чаще всего, арсенида галлия (GaAs) и антимонида галлия (GaSb). Основной метод изготовления - сплавление (см. рис. 4.3). После сплавления производится электролитиче­ское травление для получения малой площади перехода и заданной вели­чины пикового тока Туннельные диоды подразделяются на переклю­чающие, генераторные и усилительные. В табл. 4.5 приведены параметры некоторых переключающих ТД.

Таблица 4.5

Параметры туннельных диодов

Генераторные и усилительные ТД применяются в СВЧ-диапазоне радиоволн. У генераторных ТД ток /_п достигает 100 мА и более (АИ201 К,JI), у усилительных ТД величина тока /_п не превышает несколь­ких мА. Кроме статических, для генераторных и усилительных ТД боль­

68

шое значение имеют малосигнальные параметры, из которых наиболее употребительны:

• с_д - емкость диода между выводами при заданном напряжении смещения, единицы пФ;

-г, — сопротивление потерь, единицы Ом;

• г_л - дифференциальное сопротивление (dU_a / d/_a), не превышает 30-40 Ом;

-/я - предельная резистивная частота, на которой активная состав­ляющая импеданса цепи из р-п перехода- ТД и сопротивления потерь об­ращается в нуль;

• L_K (Х_д) - индуктивность корпуса (диода).

Дополнение. Туннельный диод - это универсальный прибор, способ­ный выполнять все функции, свойственные активным элементам элек­тронных схем, - усиление, генерацию и др. Вопросы применения ТД со­ставляют отдельную область (раздел) прикладной электроники. При этом схемы, выполненные на ТД, кардинально отличаются от транзисторных, что обусловливает необходимость пересмотра методов построения и рас­чета схем на ТД.

Обращенные диоды

Обращенный диод (ОД) - это разновидность туннельного диода, у которого нет совсем тока /„ или он очень мал (/„ = 0,5.. .0,01 мА).

ОД эффективно используются как пассивные элементы в радиотех­нических устройствах - детекторах и смесителях для работы при малом сигнале, а также как переключающие элементы для импульсных сигналов малой амплитуды.

Для получения обращенного диода используются р и п полупровод­ники с концентрацией примесей, меньшей, чем в туннельных диодах, но большей, чем в обычных выпрямительных. В ОД дно зоны проводимости (W_c) «-области совпадает с потолком валентной области р-области (W_v). Типовая ВАХ ОД приведена на рис. 4.11. Обратная ветвь ВАХ обращенно­го диода аналогична обратной ветви ВАХ туннельного (см. рис. 4.9, 4.11). Поэтому обратные токи в обращенных диодах оказываются большими при ничтожно малых обратных напряжениях (десятки милливольт).

При прямых напряжениях до 0,8-1,0 В (GaAs) прямой ток через ОД почти не протекает.

Таким образом, обращенные диоды обладают выпрямляющими свойствами, но пропускное (проводящее) направление у них соответствует обратному включению, а запирающее (непроводящее) - прямому включе­нию. Другими словами, ВАХ обращенного диода повернута на 180 граду­сов относительно ВАХ выпрямительного диода (см. рис. 3.7,6). Однако на­

до иметь в виду, что они могут эффективно работать только на малых сигналах.

Например, при детектиро- вании малых радиосигналов в дециметровом диапазоне радио- волн ОД обеспечивают чувст- вительность в 10-20 раз боль- шую, чем обычные диоды. При использовании ОД в смесителях и детекторах коэффициент шу- ма меньше на 20-30 дБ, чем при использовании обычных дио- дов.

Рис. 4.11

5. Варикапы

Варикап - это полупроводниковый диод, в котором используется за­висимость барьерной емкости С^р-п перехода от обратного напряжения. Для большинства реальных р-п переходов зависимость Сб_ар((/обр) можно представить в виде

С_6ар(С/_о6р) = ^(С/_о6р + ФоГ, (4.10)

где А - постоянный коэффициент для данного перехода; S - площадь пе­рехода, мм² ; С/_обр - обратное напряжение, В; 1/2 > п > 1/3, (р₀ * 0,8 В.

Например, для сплавных переходов Л = 128, п = 1/2,

С - ¹²⁸'^S (4 Ю')

^бар ^о_бр+0>8

Варикапы широко применяются в радиотехнических устройствах для электронной (дистанционной) перестройки колебательных контуров в диа­пазонах радиоволн - коротковолновом (КВ), ультракоротковолновом (УКВ) и дециметровом (ДЦВ). По сути варикап - это полупроводниковый управляемый напряжением конденсатор. Он заменяет в радиоустройствах конденсаторы переменной емкости довольно внушительных габаритов. Особенно эффективно применение варикапов в микроэлектронных радио­устройствах.

Параметры варикапов. С_н - номинальная емкость, измеренная между выводами при небольшом обратном напряжении U₀б_Р = 2...5 В. Для боль­шинства варикапов С_н = 10...500 пФ.

К_с - коэффициент перекрытия по емкости, равный отношению

Сбар max ^ ^бар min ^ 5—20.

^бар шах """ ^'бар (t/обр min), С*бар min ” Сбар (^Л>бр max)-

Q - добротность, определяемая отношением реактивного сопротив­ления варикапа Хс к полному сопротивлению потерь r_s при заданном об­ратном напряжении на заданной частоте,

Q = X_c/r_s* 20-500.

На высокой частоте Х_с = 1/оуС_г,_ар и Q_u =\l r_s-co C_6ap.

3. Контакт металл - полупроводник. Диоды Шоттки

В последнее время достаточно широко в электронных приборах, особенно в микросхемах, используется барьер Шоттки. являющийся осно­вой /шола Шоттки (ДТП). Барьер Шоттки образуется в переходе металл - полупроводник. Возможны металло-дырочный или металло-электронный переходы. По свойствам ДШ аналогичен рассмотренным ранее диодам с электронно-дырочным переходом, но отличается от них параметрами. Пе­реход металл - полупроводник часто называют «контакт металл - полу­проводник». Этот контакт имеет более широкое применение, чем основа ДШ: переход металл - полупроводник может образовывать выпрямляю­щий (основу ДШ) или невыпрямляющий (основу соединения внешних вы­водов с кристаллом и внутренних межсоединений) контакты. Свойства пе­рехода металл - полупроводник определяются взаимным расположением уровней Ферми в металле Wp и в полупроводниках Wp - электронном, Wf - дырочном. Часто для объяснения свойств перехода металл - полу­проводник используют понятия работы выхода электрона из металла Ли и из полупроводников А_р, А_п.

4.3.1 Выпрямляющий контакт металл - полупроводник и-типа

Для анализа процессов в контакте металл - полупроводник исполь­зуют зонные диаграммы (см. П.1.2, рис. 1.3,б,г) и-распределение Ферми

1. электронов по энергетическим уровням.

Слои М и п до контакта. На рис. 4.12,а показано взаимное располо­жение зонных диаграмм металла (М) и электронного полупроводника (л)

Уровень свободного электрона

Зона проводимости

——-- Ж

г.

г

[м

А

Wi

М,

f+

+ + + w_s

\ „

w;

^ V

■ W„

Валентная

зона

Л <^АМ

w; > wp

®®i

+ + + + -

w*

щ

К

wl

w„

Рис. 4.12

до «соприкосновения». Общим уровнем энергии обоих слоев является «уровень свободного электрона» или нулевой уровень энергии электрона (W= 0) в новой системе - в окружающем пространстве. В принципе, это и нулевой уровень потенциальной энергии электрона в системе кристалла (энергии связи). На этом уровне электрон может оказаться, преодолев внутреннюю энергию связи. Электрон оказывается в новой системе на гра­нице между внешней средой и кристаллом. При большей энергии, превы­шающей энергию связи, электрон уйдет в окружающее пространство. «Энергетическое» расстояние между уровнем Ферми и уровнем свободно­го электрона называют работой выхода А. При более высоком уровне Фер­ми работа выхода будет меньше. Так, на рис. 4.12,а уровень Ферми в полу­проводнике и-типа W ” расположен выше уровня Ферми в металле Wp (Wp >Wp ) на величину

AW_f = Wp -Wp , (4.11)

а работа выхода электрона из полупроводника и-типа меньше работы вы­хода из металла (А„ < А_м). Кривая распределения электронов по энергети­ческим уровням относительно уровня Ферми (см. рис. 2.2) одинакова для

обоих слоев, но в слое л-типа эта кривая расположена выше, чем в слое М. Поэтому электронов на энергетических уровнях в зоне проводимости л-слоя больше, чем электронов в металле на тех же энергетических уров­нях, т.е. при указанном на рис. 4.12,а расположении уровней Ферми в по­лупроводнике «-типа больше электронов с более высокой энергией, чем в металле.

Слои М и п после контакта. После «идеального соприкосновения» слоев Ми л по границе а (рис. 4.12,6) вероятность перехода электронов из л-области в металл М будет больше, чем вероятность встречного перехода. Результат перехода электронов из л-области в металл М такой же, как в р-п переходе (П. 3.1) при переходе электронов из «-области в p-область: в приграничном слое «-области остаются нескомпенсированные положи­тельные ионы донора (обведенные окружностью), которые образуют по­ложительный объемный заряд в и-области на протяжении h_0s от границы а, не более 0,1 мкм (рис. 4.12,б,в). Из-за большой концентрации электронов в металле М дополнительный приход электронов из «-области почти не из­меняет распределение электронов в металле (в отличие от p-области в р-п переходе). Как и в р-п переходе, возникает внутреннее электрическое поле E_h препятствующее дальнейшему переходу электронов в металл М. Уста­навливается динамическое равновесие, при котором разность работ выхода

AA_f=A_m ~A„=AW_f (4.12)

уравновешивается потенциальным барьером (контактной разностью по­тенциалов) ф₀у (см. П. 3.1), который называется барьером Шоттки\

А_м~А_п WZ-W,

м

<Ро* =— ”= — —• (4-13)

ч я

В новой системе (металл М - переход h_0s - область л) вследствие термодинамического равновесия устанавливается общий для всей системы уровень Ферми W_F. На этом уровне выравниваются уровни Ферми в ме­талле Wp и полупроводнике Wp, а энергетические уровни (зоны) смеща­ются на величину AA_F(AW_F).

Из-за перехода электронов из л-области в металл М концентрация электронов (основных носителей тока в л-области) изменяется в переходе h_0s от минимальной на границе а до равновесной л„ на границе перехода Aq, с л-областью (на расстоянии h_!)s от границы а) точно так же, как в л-области р-п перехода (П. 3.1). Также изменяется положение уровня Фер­ми в переходе h_0s в соответствии с (2.13) относительно середины запре­щенной зоны AW и искривляются энергетические уровни (зоны) в «-области вверх на величину AW_F (см. рис. 4.12,6). Свойства перехода ha_s на рис. 4.12 аналогичны свойствам р-п перехода. Внешнее напряжение U_a,

приложенное плюсом к металлу М (в р-п переходе - к области р), а мину­сом - к «-области является прямым: оно понижает барьер Шоттки ф _0s на величину U_а\

ф пр ф Os ~ U_ay

через переход течет большой прямой ток, обусловленный основными но­сителями - электронами. Противоположное направление внешнего напря­жения U_а является обратным: оно увеличивает потенциальный барьер пе­рехода

ф обр = ф Os + На,

через переход течет только обратный (тепловой) ток /₀. Контакт металл - полупроводник (см. рис. 4.12) является выпрямляющим.

2. Выпрямляющий контакт металл - полупроводник /7-типа

На рис. 4.13,а показано взаимное расположение зонных диаграмм металла (М) и дырочного полупроводника (р) до «соприкосновения» (изо­лированных слоев Мир) относительно уровня свободного электрона (W= 0). Уровень Ферми W/ в полупроводнике p-типа расположен ниже уровня Ферми Wp в металле (W£<Wp ) на величину AW_F :

AfV_F=W/-W£^f. (4.14)

Соответственно работа выхода электрона из металла А_м меньше ра­боты выхода электрона из p-области А_р (А _р> А_м) на величину ДА_р :

AA_F=A_p-A_M=AW_F. (4.15)

Теперь на одинаковых энергетических уровнях в металле М будет больше электронов, чем в р-полупроводнике.

После «идеального соприкосновения» по границе а электроны из слоя с меньшей работой выхода, т.е. из металла М, будут переходить в полупроводник p-типа. В приграничном (у границы а) слое p-области уве­личится концентрация электронов и начнется усиленная рекомбинация

дырок с электронами, в результате которой появятся нескомпенсирован­

ные отрицательные заряды ионов акцепторной примеси точно так же, как в приграничном слое p-области в р-п переходе (см. П. 3.1, рис. 3.1).

В результате образуется пространственный отрицательный заряд на протяжении h_0s от границы а в p-области и положительный заряд такой же величины в металле М, расположенном в пределах атомного слоя на гра­нице а. Появляется внутреннее электрическое поле £,, направленное от ме-

W

Уровень свободного электрона

У

/

\

Д/4,

^А_Р>^АМ

w; <w?

©

Зона проводимости

■W,

W'

w>

W,

*

w„

Валентная

зона

w:

+00© (АЛ +Э0© ^ ⁺Э©0

аФ

©'

,©©

Я|.

©

*0. |

ф Os

©

ж/

w„

”Х

Рис. 4.13

талла М к p-об ласти. Это поле препятствует дальнейшему переходу элек­тронов из металла М в p-область. Устанавливается динамическое равнове­сие, как в р-п переходе, при котором разность работ выхода АА _F из (4.15) уравновешивается барьером Шоттки (рис. 4.13,в):

Я Я

Также устанавливаются общий для всей системы уровень Ферми W_F (результат термодинамического равновесия), изменение концентрации ос­новных носителей-дырок от минимальной на границе а до равновесной р_р на расстоянии h_0s от границы а в p-области, искривление энергетических уровней (зон) в переходе h_0s вниз на величину AW_F.

Внешнее напряжение U_a, приложенное плюсом к р-области, а мину­сом - к металлу М, понижает потенциальный барьер на переходе на вели­чину U_а (ф пр ⁼ Ф os - U_a). Через переход течёт большой (прямой) ток. Это - прямое направление. Противоположное подключение U_a является обрат­ным: оно увеличивает потенциальный барьер на переходе на величину U_a

(Ф обр = Ф а* + Ua)- Через переход течёт только обратный (тепловой) ток /₀. Контакт металл - полупроводник на рис. 4.13 выпрямляющий.

Более подробно процессы, происходящие в переходе как в равнове­сии, так и при внешнем смещении, описаны в подразделе 3.1 при рассмот­рении р-п перехода.

2. Диоды Шоттки

Из рассмотрения процессов в контакте металл - полупроводник можно установить следующее:

1. Электроны переходят из слоя с меньшей работой выхода в слой с большей работой выхода (из и-области в металл на рис. 4.12,а, из металла в p-область на рис. 4.13,а).

2. Если в результате перехода электронов происходит обеднение приконтактного слоя полупроводника основными носителями (уменьшает­ся концентрация основных носителей), то получается выпрямляющий кон­такт с барьером Шоттки.

Качественные барьеры Шоттки с кремнием образуют металлы: золо­то, платина (силицид платины - сплав платины с кремнием), вольфрам, ва­надий, молибден [3]. Контакт (переход) получают:

а) методом осаждения паров металла (золота, платины) на монокри­сталл полупроводника при вакуумном испарении металла (напыление ме­талла на полупроводник в вакууме [1]);

б) методом химического, осаждения путем восстановления водоро­дом газообразного соединения металла при повышенной температуре. Так наносят пленки тугоплавких металлов - вольфрама, молибдена, ванадия. Электрические свойства барьера Шоттки при этом получаются более ста­бильными.

Барьер Шоттки является основой диода Шоттки (ДШ). Обычно для изготовления ДШ в качестве основы (подложки) используют низкоомный кремний и-типа (п⁺) с тонким слоем (плёнкой) высокоомного кремния того же типа (и), как показано на рис. 4.14,а. На поверхность высокоомной плёнки кремния (n-Si) наносят металлический электрод из золота (Аи) ме­тодом напыления в вакууме. На границе плёнки золота и высокоомной плёнки n-Si образуется выпрямляющий контакт (переход). На рис. 4.14,6 приведено условное обозначение ДШ.

По свойствам ДШ аналогичен диодам на р-п переходах, однако име­ются существенные отличия:

1. Важнейшей особенностью /ПН по сравнению с диодами на р-п пе­реходах является отсутствие инжекции неосновных носителей. Прямой ток в ДТП осуществляется основными носителями. Значит отсутствуют рас­

сасывания и накопления неос- новных носителей, что сущест- венно повышает быстродействие ДШ, т. к. при переключении ДШ с прямого направления на об- ратное и наоборот отсутствует время восстановления t_mc и вре- мя установления /_уст (П. 4.2.4). Время переключения /_пср опре- деляется только временем пере- заряда барьерной ёмкости (Сб_ар), и у ДШ с малой площадью пере- хода /_ПСр может составлять деся- тые и сотые доли наносекунды, а рабочие частоты - 3-5 ГГц. Та- кие ДШ используются как сверхскоростные импульсные диоды в СВЧ-диапазоне (детек- торы, смесители), в приемниках излучения, детекторах ядерного

2. Прямое напряжение на ДШ меньше на 0,2-0,3 В, чем на кремние­вом р-п переходе. Это обусловлено большей величиной теплового тока /₀ в формуле ВАХ (3.9), справедливой и для барьера Шоттки. Прямое напря­жение U„р на ДШ не превышает 0,4 В. Это важное свойство ДШ позволяет существенно повысить быстродействие ключевых элементов в цифровой и импульсной технике применением «ключей Шоттки».

3. Прямая ветвь ВАХ диода Шоттки не отличается от теоретической

   9. в пределах 8-9 декад изменения прямого тока /_пр (от 10~¹² до 10^-4 А). В этих пределах /_пр зависимость lg(/_np) = f( U„_p) прямолинейна, что дает возможность использовать ДТП в качестве быстродействующих прецизи­онных логарифмирующих элементов в соответствии с (3.9).

Кроме сверхскоростных и сверхвысокочастотных диодов на базе барьера Шоттки можно создавать и мощные высокочастотные выпрями­тельные ДШ. Созданы ДШ, работающие на частоте 1 МГц при (У₀б_Р > 50 В и /_пр> 10 А [3].

Важным преимуществом ДШ может быть их низкая стоимость по сравнению со стоимостью диодов на р-п переходах.

Можно варьировать величину барьера Шоттки ср а„ подбирая к полу­проводнику металл с необходимой работой выхода.

Аи

переход

высокоомная пленка Si-л

основание Si-«⁺

Я:

К

Рис. 4.14

излучения, модуляторах света и др.

2. Невыпрямляющие контакты металл - полупроводник

Очень большое значение в полупроводниковых приборах (особенно в микросхемах) имеют невыпрямляющие контакты металл - полупровод­ник. Такие контакты называют омическими. Они используются для соеди­нения областей полупроводника (и-типа, />типа) с внешними выводами прибора. Невыпрямляющих контактов в полупроводниковых приборах больше, чем выпрямляющих.

Например, диод имеет два внешних вывода, значит, и два омических контакта. Особенно много омических контактов используют во внутрен­них соединениях (межсоединениях) в микросхемах.

Однако теория омических контактов разработана слабее, чем теория выпрямляющих. На практике создание качественных омических контактов иногда требует больших усилий, чем создание р-п переходов.

Омические контакты получаются в том случае, если в результате пе­рехода электронов происходит обогащение приконтактного слоя полупро­водника основными носителями тока (а не обеднение, как при образовании выпрямляющих контактов, рассмотренных ранее).

Омический контакт металла с полупроводником я-типа получается при переходе электронов из металла в «-область. Для этого работа выхода электронов из металла А_м должна быть меньше работы выхода из п-об­ласти А„. Соотношения работ выхода и относительное расположение уров­ней Ферми должны быть противоположны тем, которые указаны на рис.

12. а, т.е. должно быть

А„>А_¥, w;<wp. (4.17)

Тогда при «идеальном соприкосновении» электроны будут перехо­дить из металла в «-область, а в приконтактном слое и-области будет про­исходить увеличение концентрации (обогащение) основных носителей то­ка в я-области - электронов. Сопротивление обогащенного слоя будет меньше, чем сопротивление равновесной и-области и не будет влиять на протекание тока через контакт при приложении внешнего напряжения в любом направлении.

Омический контакт металла с полупроводником p-типа получается при переходе электронов из p-области в металл. Для этого работа выхода электронов из металла Ащ должна быть больше работы выхода из р-облас- ти А_р. Соотношение работ выхода и относительное расположение уровней Ферми должны быть противоположными тем, которые приведены на рис.

12. а, т.е. должно быть

4„<А_и, Wf>W"

(4.18)

Тогда при «идеальном соприкосновении» электроны будут перехо­дить из p-области в металл, а в приконтактном слое р-области будет уве­личиваться концентрация (обогащение) основных носителей тока - дырок. Создается обогащенный слой, который (как и в случае с «-областью) не влияет на протекание тока через контакт в любом направлении.

Для получения омических контактов, т.е. для выполнения условий (4.17), (4.18), подбирают соответствующие металлы. При этом желательно, чтобы работы выхода из металла и из полупроводника были одинаковыми или разница была небольшой. Однако добиться этого удается далеко не всегда. Поэтому для получения качественного омического контакта при- контактную область полупроводника дополнительно легируют и получают приконтактный слой, сильнолегированный - /г⁺ илир⁺.

Для получения омических контактов широко используется алюми­ний.

3. Обозначение (маркировка) несиловых диодов

В настоящее время для маркировки выпускаемых в нашей стране диодов используются две системы обозначения:

1. Система обозначения до 1964 г. (старая), состоящая из трех эле­ментов:

первый элемент - буква Д (означает диод);

второй элемент - число, указывающее тип и параметры прибора:

1 -100 - точечные германиевые,

101-200 - точечные кремниевые,

201-300 - плоскостные кремниевые,

301-400 - плоскостные германиевые,

801 -900 - стабилитроны;

третий элемент - буква, указывающая разновидность диода данного

типа.

Например, Д214Б - кремниевый плоскостной диод (точные парамет­ры можно узнать по справочнику). По этой системе обозначены диоды, разработанные до 1964 г. Некоторые из них выпускаются и в настоящее время. В обращении находится много диодов этой системы обозначения.

2. Система обозначения после 1964 г. (новая, более совершенная), состоящая из четырех элементов:

первый элемент - буква или цифра, указывающая на исходный мате­риал: Г или 1 - германий, К или 2 - кремний, А или 3 - арсенид галлия;

второй элемент - буква, указывающая тип прибора: А - сверхвысо­кочастотный диод, Д - диод, И - туннельный диод, С - стабилитрон, В - варикап и т.д.;

третий элемент - число, указывающее назначение и электрические

свойства прибора, например:

101-399 - выпрямительные диоды, 401-499 - универсальные диоды, 501-599 - импульсные диоды,

101 -999 - варикапы,

101 -199 - усилительные 201-299 - генераторные 301-399 - переключающие

101-199-^6 = 0,1. ..9,9 В 201-299 - С/стаб = 10...99 В 301-399- С/стаб= 100...199 В

401-499- гУстаб = 0,1. ..9,9 В 501-599 - С/стае = 10. ..99 В 601-699 - = 100...199 В

туннельные диоды,

стабилитроны малой мощности Р < 0,3 Вт,

стабилитроны средней мощности

0. 3 Вт < Р < 5 Вт,

701-799- £/„*6 = 0,1...9,9 В "1 стабилитроны большой мощно-

801-899- С/стаб = 10...99В f стиР>5Вт;

901-999 - «/„as = 100...199 В J

четвертый элемент - буква, указывающая разновидность диодов данной группы. Примеры обозначения: 2Д105А - кремниевый выпрями­тельный диод; КС980А - высоковольтный стабилитрон большой мощно­сти; АИ301Г - туннельный переключающий диод из арсенида галлия.

3. Обозначения диодов могут состоять из семи элементов [5]: первый элемент - к вышеперечисленным Г(1), К(2), А(3) добавляется И или 4 - соединения индия;

второй элемент - к вышеперечисленным А, В, Д, И, С добавляются новые диоды, например JI - излучающие оптоэлектронные приборы; третий элемент - цифра после двух букв.

Выпрямительные диоды:

1 — /_пр < 0,3 А; 2 - /_пр > 0,3 А; 3 - прочие диоды.

Импульсные диоды с t„... не более (не):

4 - > 500; 5 - 150+500; 6 - 30+150; 7 - 5+30; 8 - 1+5; 9 - < 1 не. СВЧ-диоды:

1 - смесительные, 2 - детекторные, 3 - усилительные, 4 - парамет­рические, 5 - переключательные, 6 - умножительные, 7 - генераторные, 8 - прочие.

Туннельные диоды:

1. - усилительные, 2 - генераторные, 3 - переключательные, 4 - об­ращенные.

Излучающие приборы:

1,2 - инфракрасные светодиоды и модули (2), 3 - светодиоды, 4 - знаковые индикаторы.

Четвертый, пятый и шестой элементы (цифры) показывают порядко­вый номер разработки и обозначаются числами от 01 до 999. Для стабили­тронов (С) четвертый и пятый элементы означают напряжение стабилиза­ции, шестой элемент - последовательность разработки с обозначениями от А до Я.

Седьмой элемент - буква от А до Я, определяющая классификацию по параметрам.