2 Характеристики і параметри p-nпереходу Вольт-амперна характеристика p-nпереходу

Розрізняють теоретичну вольт-амперну характе­ристику (ВАХ) (рис. 1.4) і реальну ВАХ (рис. 1.5).

Рисунок 1.4 Рисунок 1.5

Рівняння теоретичної ВАХ має вигляд

, (1.5)

де – зворотний струм  переходу, або струм насичення

; (1.6)

–температурний потенціал;

–заряд електрона;

П – площа переходу;

і – коефіцієнти дифузії носіїв;

і – дифузійні довжини носіїв;

, – концентрації домішок;

–ширина забороненої зони;

Т – абсолютна температура;

А – коефіцієнт, що залежить від матеріалу НП.

Із (1.6) випливає, що чим більше і,, тим менший струм. Цей струм із зростанням температури зростає за експоненційним законом.

На відміну від теоретичної ВАХ, реальна ВАХ  переходу (рис. 1.15) відрізняється тим, що зворотний струм залежить від прикладеної зворотної напруги. При деякій напрузі у реальному переході настаєпробій. Це явище полягає у різкому збільшенні зворотного струму. Розрізняють електричні (оборотні) пробої – лавинний 2, тунельний 1 і поверхневий, і неелектричний (необоротний) пробій – тепловий 3 (рис. 1.6). Останній пробій викликає при порушенні режиму охолодження і призводить до руйнування переходу (його властивості однобічної провідності).

Товщина  переходу

Цей важливий параметр розраховується за наступною формулою (див. рис. 1.6)

, (1.7)

де Ф/м – електрична стала;

–відносна електрична проникність;

–контактна різниця потенціалів;

–прикладена зовнішня напруга.

Рисунок 1.6

З формули (1.7) випливає:

- при зростанні концентрації домішок ,товщи­на переходузменшується; збільшення напругиприводить до зменшення товщиничерез притік основних носіїв від омічних контактів до запірного шару (рис. 1.17 а);

- збільшення напруги приводить до збільшен­ня товщиничерез відтік основних носіїв від запірного шару до омічних контактів (рис. 1.17 б);

а) б)

Рисунок 1.7

- товщини переходу в р- і n- областях обернено пропорційні до концентрацій домішок у цих областях

. (1.8)

Ємності  переходу

Розрізняють дифузійну і бар’єрну ємності переходу.

Дифузійна ємність зумовлена інжекційною зміною заряду неосновних носіїв відносно рівноважного рівня у переході при прямій напрузі:

. (1.9)

Складає десятки нанофарад.

Більш практичне застосування у переході має бар’єрна ємність. Вона визначається зміною нерухомого заряду іонів при зміні товщини запірного шару під дією зовнішньої напруги. Перехід є аналогом плоского конденсатора, діелектричний шар якого – збіднений іонний шар, а провідні пластини – нейтральні низькоомні області НП.

Із формули (1.7) можна визначити

. (1.10)

Із (1.10) випливає, що бар’єрна ємність зростає при збільшенні ,і зменшується при збільшенні зворотної напруги, як це показано на вольт-фарадній характеристиці (рис. 1.8).складає одиниці пікофарад.

Рисунок 1.8

3 Напівпровідникові діоди, їх різновид і застосування. Випрямні діоди Напівпровідниковий діод

Напівпровідниковий діод – це електроперетворюваль­ний напівпровідниковий прилад з одним  переходом і двома виводами.

Саме цей прилад базується на основній властивості  переходу – односторонній провідності.

За сферою застосування діоди поділяються на випрямні, стабілітрони, варикапи, універсальні, імпульсні, тунельні, фотодіоди, світлодіоди, надвисокочастотні тощо.

Перші три типи ми розглядатиме окремо. Щодо решти вкажемо їх призначення.

Універсальні (високочастотні) діоди застосовуються у детекторах, модуляторах, малопотужних випрямлячах і т.п.

Імпульсні діоди широко застосовуються у різноманіт­них електронних ключах.

Тунельні діоди є основою побудови надвисокочастот­них генераторів і імпульсних пристроїв.

Надвисокочастотні діоди застосовуються у змішувачах НВЧ-радіоприймачів.

Світлодіоди і фотодіоди розглядатимуться у п’ятій лекції курсу ОЕМСТ.

Випрямні діоди

Випрямні діоди (ВД) призначені для випрямлення змінного струму. Цей тип діодів є найчисленнішим. За потужністю ВД поділяються на діоди малої потужності (0,3А), середньої потужності (0,3А<10А), потужні (10А). Діапазон частот застосування – до 20 кГц. Тепло відводиться корпусом або гвинтом, а у потужних ВД – радіаторами.

ВАХ кремнієвих і германієвих діодів є відмінними (рис. 1.9 а, б).

1. б)

Рисунок 1.9

Ця різниця полягає у наступному.

1 Оскільки , то струм насичення германієвих діодів більший за струм насичення кремнієвих діодів.

2 На зворотній гілці ВАХ кремнієвих ВД не спостерігається насичення, як у германієвих.

3 Температурна залежність струму насичення

,

де – струм насичення при температурі;

1/К – для германію;

1/К – для кремнію.

Відтак при збільшенні температури на 10°С зворотний струм германієвих діодів зростає вдвічі, а кремнієвих – у 2,5 рази.

4 Внаслідок порівняно великого зворотного струму у германієвих діодів більш очікуваним є тепловий пробій, який при нагріванні має меншу напругу пробою. У германієвих ВД натомість частіше трапляється лавинний пробій з тенденцію збільшення величини пробійної напруги при нагріванні.

Лекція 2