7. Явления в структурах Ме-п/п, Ме-д/э-п/п.

1)Структура Ме-п/п(Переход Шотки)

В структуре используется Ме в качестве одной из областей имеющей работу выхода электронов > чем у п/п n-типа , который образует 2-ую зону структуры. Это создает условия легкого перехода из n области в Ме , и на границе раздела 2-х тел образуется избыточная концентрация ионов доноров .Ме при этом заряжается - .В совокупности это создает контактную разность потенциалов- потенциальный барьер.Если к структуре приложить полярность -,+ (рис) , то электроны уходят вглубь п/п , а их уход ведет к возрастанию концентрации ионов- доноров =>↑ контактная разность потенциалов. Такая полярность создает в структуре обратное напряжение.

При полярности(+)(-) Uк↓(прямая полярность) эти явления позволили создать структуру похожую на p-n переход. Она называется диодом Шотки(дШ). Особенности:

1. дШ обладает меньшим Uпр (0,3 против 0,7)

2. В этой структуре отсутствует переход носителей заряда приводящей к появлению диффузионной емкости => у дШ высокое быстродействие.

2)Структура Ме-д/э-п/п.

На границе п/п с газовой структурой образуется разрыв кристаллической решетки , что приводит к появлению разрешенных уровней, которые занимают электроны. Это приводит к поверхностной проводимости. Те же явления можно создать искусственно в структуре Ме-д/э-п/п , прикладывая к ней внешнее продольное напряжение.

Е сли к 1 структуре приложить напряжение указанной полярности , то уход электронов вглубь п/п под воздействием + потенциала приведет к ↑ концентрации дырок(основных носителей зарядов)

в приграничном слое .

Во 2 структуре при воздействии напряжения той же полярности приводит к ↑ концентрации ионов- доноров( т.е. происходит обеднение приграничного слоя основными носителями зарядов.

Изменение концентрации основных носителей заряда (эл-ой пров-ти) в приповерхностном слое ( на границе п/п-д/э) под воздействием внешнего поля. Этот эффект используется при создании неполярных или полевых транзисторов. Этот эффект называется эффектом поля.

-\\\\\\\-.Под воздействием внешних факторов электроны получают дополнительную свободную энергию и перемещаются из валентной зоны в зону проводимости =>↑ эл. пров-ть. Дальнейшее поступление дополнительной энергии приводит к тому что электроны на поверхности материала п/п создают объемное поле – полярности . При этом тело заряжается положительно. Для выхода электрона на поверхность нужно совершить некоторую работу против сил поля. Эта работа называется работой выхода электрона.

8) Классификация, типы и свойства п/п-диодов.

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним электрическим р-n-переходом и двумя выводами.

В зависимости от технологических процессов, использованных при их изготовлении, различают точечные диоды, сплавные и микросплавные, с диффузионной базой, эпитаксиальные и др.

По функциональному назначению диоды делят на выпрямительные, универсальные, импульсные, смесительные, детекторные, модуляторные, переключающие, умножительные, стабилитроны (опорные), туннельные, параметрические, фотодиоды, светодиоды, магнитодиоды и т. д.

Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных p-n-переходов. Низкоомную область диодов называют эмиттером, а высокоомную - базой. Для создания переходов с вентильными свойствами используют р-п-, n-p-переходы, а также переходы металл - полупроводник.

Рассмотрим некоторые типы диодов, применяемых в низкочастотных цепях.

Выпрямительные диоды. Диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный, к быстродействию, емкости p-n-перехода и стабильности параметров которых обычно не предъявляют специальных требований, называют выпрямительными.

В качестве выпрямительных диодов используют сплавные эпитаксиальные и диффузионные диоды, выполненные на основе несимметричных p-n-переходов.

В выпрямительных диодах применяются также и p-n переходы, использование которых позволяет снизить напряженность электрического поля в р-n-переходе и повысить значение обратного напряжения, при котором начинается пробой. Для этой же цели иногда используют р+-р- или п+-n-p-переходы. Эпитаксиальные диоды обычно имеют малое падение напряжения в открытом состоянии и высокое пробивное напряжение.

Для выпрямительных диодов характерно, что они имеют малые сопротивления в проводящем состоянии и позволяют пропускать большие токи. Барьерная емкость их из-за большой площади p-n-переходов велика и достигает значений десятков пикофарад.

Основные параметры выпрямительных диодов

1) Максимально допустимое обратное напряжение диода Uобрmах— значение напряжения, приложенного в обратном на правлении, которое диод может выдержать в течение длительного времени без нарушения его работоспособности (десятки -тысячи В).

2) Средний выпрямленный ток диода Iвпср - среднее за период значение выпрямленного постоянного тока, протекающего через диод (сотни мА - десятки А).

3) Импульсный прямой ток диода /при - пиковое значение импульса тока при заданной максимальной длительности, скважности и формы импульса.

4) Средний обратный ток диода /обрср - среднее за период значение обратного тока (доли мкА несколько мА).

5) Среднее прямое напряжение диода при заданном среднем значении прямого тока Uпрср (доли В).

6) Средняя рассеиваемая мощность диода Рсрд - средняя за период мощность, рассеиваемая диодом, при протекании тока в прямом и обратном направлениях (сотни мВт - десятки и более Вт).

7) Дифференциальное сопротивление диода Rдиф - отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока (единицы — сотни Ом).

Импульсные диоды. Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в импульсных цепях. От выпрямительных диодов они отличаются малыми емкостями p-n-перехода (доли пикофарад) и рядом параметров, определяющих переходные характеристики диода. Уменьшение емкостей достигается за счет уменьшения площади p-n-перехода, поэтому допустимые мощности рассе­яния у них невелики (30-40 мВт).

Основные параметры импульсных диодов

1) Общая емкость диода Сд (доли пФ — несколько пФ).

2) Максимальное импульсное прямое напряжение Uпритах.

3) Максимально допустимы импульсный ток /при mах.

4) Время установления прямого напряжения диода Туст - интервал времени от момента подачи импульса прямого тока на диод до достижения заданного значения прямого напряжения на нем — зависит от скорости движения внутрь базы инжектированных через переход неосновных носителей заряда, в результате которого наблюдается уменьшение ее сопротивления (доли нс - доли мкс).

5) Время восстановления обратного сопротивления диода tвос - интервал времени, прошедший с момента прохождения тока через нуль (после изменения полярности приложенного напряжения) до момента, когда обратный ток достигнет заданного малого значения (порядка 0,1/, где /—ток при прямом напряжении; tBOC - доли не - доли мкс).

Полупроводниковые стабилитроны. Полупроводниковые стабилитроны, называемые иногда опорными диодами, предназначены для стабилизации напряжений. Их работа основана на использовании явления электрического пробоя р-и-перехода при включении диода в обратном направлении.

Основные параметры стабилитронов

1) Напряжение стабилизации Uст - падение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации(несколько вольт -десятки вольт).

2) Максимальный ток стабилизации /ст mтах (несколько мА -несколько А).

3) Минимальный ток стабилизации (доли - десятки мА).

4) Дифференциальное сопротивление Rдиф, которое определяется при заданном значении тока на участке пробоя как (доли Ом - тысячи Ом).

5 ) Температурный коэффициент напряжения стабилизации α ст. - относительное изменение напряжения стабилизации Ut при изменении температуры окружающей среды на α T: (αст -тысячные доли процента)

Варикапы. Варикап - это полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в качестве управляемой электрическим напряжением емкости.

Варикап работает при обратном напряжении, приложенном к p-n-nepe-ходу. Его емкость меняется в широких пределах, а ее значение определяют из выражения C_B(U)= C_B(0) (U_k/(U_k+U))1\ n

Основные параметры варикапов

1) Общая емкость Св - емкость, измеренная-между выводами варикапа при заданном обратном напряжении (десятки —сотни пФ).

2) Коэффициент перекрытия по емкости — отношение емкостей варикапа при двух заданных значениях обратных напряжений: Kc = CBmax/CBmin (несколько единиц -несколько десятков единиц).

3) Сопротивление потерь гп—суммарное активное сопротивление, включая сопротивление кристалла, контактных соединений и выводов варикапа.

4) Добротность Q_в - отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте переменного сигнала (Х_с) к сопротивлению потерь при заданном значении емкости или обратного напряжения: Q_B - Xc/r_n (десятки - сотни единиц).

5) Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) Св отношение относительного изменения емкости к вызывавшему его абсолютному изменению температуры окружающей среды:

9. Стабилитроны, параметрические стабилизаторы напряжения, расчет и выбор элементов.

Полупроводниковые стабилитроны, называемые иногда опорными диодами, предназначены для стабилизации напряжений. Их работа основана на использовании явления электрического пробоя р-n-перехода при включении диода в обратном направлении.

У низковольтных стабилитронов (с низким сопротивлением базы) более вероятен туннельный пробой. У стабилитронов с высокоомной базой (сравнительно высокоомных) пробой носит лавинный характер. Материалы, используемые для создания p-n-перехода стабилитронов, имеют высокую концентрацию примесей. При этом напряженность электрического поля в p-n-переходе значительно выше, чем у обычных диодов. При относительно небольших обратных напряжениях в p-n-переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой. В этом режиме нагрев диода не носит лавинообразного характера. Поэтому электрический пробой не переходит в тепловой.

В качестве примера на рис. приведены ВАХ стабилитрона КС510А при различных температурах. На рис. б, в показаны условное обозначение стабилитронов и его включение в схему стабилизации напряжения

Основные параметры стабилитронов

1) Напряжение стабилизации Uст - падение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации(несколько вольт -десятки вольт).

2) Максимальный ток стабилизации /ст mтах (несколько мА -несколько А).

3) Минимальный ток стабилизации (доли - десятки мА).

4) Дифференциальное сопротивление Rдиф, которое определяется при заданном значении тока на участке пробоя как (доли Ом - тысячи Ом).

5) Температурный коэффициент напряжения стабилизации α ст. - относительное изменение напряжения стабилизации Ut при изменении температуры окружающей среды на α T: (αст -тысячные доли процента)

Пробойный режим не связан с инжекцией неосновных носителей. Поэтому в стабилитроне инерционные явления, связанные с накоплением и рассасыванием носителей, при переходе из области пробоя в область запирания и обратно практически отсутствуют. Это позволяет использовать их в импульсных схемах в качестве фиксаторов уровней и огра­ничителей. Включение полупроводниковых стабилитронов в схему стабилизации выходного напряжения показано на рис. в. При увеличении напряжения питания увеличивается ток в цепи, а падение напряжения на стабилитроне и на нагрузке остается неизменным. При увеличении тока через стабилитрон возрастает падение напряжения на резисторе R. Другими словами, почти все приращение напряжения питания падает на резисторе , а выходное напряжение остается неизменным за счет своеобразной характеристики обратной ветви стабилитрона.

Параметры цепи стабилизации напряжения выбирают так, чтобы удовлетворялись следующие очевидные неравенства:

где Uитах и Uи min — максимальное и минимальное напряжения источника питания; /нтах и /Hmin- максимальный и минимальный токи нагрузок, которые будут соответственно при Rн min И Rн min .

Если неравенства не удовлетворяются, то реализовать параметрический стабилизатор напряжения, имеющий заданные параметры, нельзя и необходимо применять более сложные технические решения