Лекция № 8

2.1.4. Точечные диоды

Точечные диоды характеризуются очень малой площадью р-перехо-ды. Получаются такие переходы следующим образом. Берется пластинка полупроводника п-типа. К одной из поверхностей этой пластинки приставляется металлическая игла из тонкой вольфрамовой проволоки, обработанная акцепторной примесью (In, Al и т.д.). Для получения p-n-перехода используется метод токовой формовки. Суть его в том, что через этот контакт пропускается кратковременный импульс тока определенной величины. В результате этого тонкий слой полупроводника вблизи острия иглы приобретает дырочную проводимость (р), таким образом, внутри полупроводниковой пластинки образуется p-n-переход очень малой площадью, а следовательно, и малой барьерной емкостью (не более 1 пФ). Такие диоды могут использоваться для выпрямления, детектирования сигналов, частота которых измеряется сотнями МГц. Следует отметить, что в связи с малой площадью p-n-перехода предельно допустимые параметры таких диодов невелики. Средний прямой ток измеряется десятками мА, обратное максимальное напряжение сотнями вольт.

Основной характеристикой является вольтамперная характеристика диода, которая в прямой ветви аналогична ВАХ плоскостного диода, а в обратной ветви имеет значительно меньшую величину обратного тока и отсутствует явно выраженный участок насыщения (рис. 2.15). При увеличении обратного напряжения происходит равномерное увеличение обратного тока. Основные параметры такие же, как и у плоскостного диода, однако, есть и дополнительные, характеризующие его частотные свойства. К таким параметрам относятся емкость, дифференциальное сопротивление, диапазон частот диода. Схема включения такая же, как и у выпрямительных диодов. Применяется в импульсных и высокочастотных слаботочных схемах, может быть использована в маломощных выпрямителях.

2.1.5. Импульсные диоды

Импульсные диоды предназначены для работы в импульсных схемах с очень малым временем переключения (крутыми фронтами импульса). В этом случае должны быть не только малые величины паразитных емкостей, но и малое время жизни неосновных носителей заряда в обедненных областях.

При переключении диода с прямого напряжения на обратное в обедненной области присутствует большое количество неосновных носителей, которые накопились при протекании прямого тока. Эти носители не могут исчезнуть мгновенно (требуется время рекомбинации), поэтому в момент скачка напряжения наблюдается большой обратный ток, ограниченный в основном сопротивлением базы и только после того, как неосновные носители рекомбинируются и уйдут через переход в эмиттер, обратный ток диода примет установившееся значение I_о.уст (рис. 2.16). Это время получило название время восстановления обратного сопротивления или обратного тока, оно тем больше, чем больше прямой ток и время жизни неосновных носителей и может составлять величину от единицы мкс до единиц нс.

При подаче на диод импульса прямого тока, наблюдается временный всплеск прямого напряжения. Это вызвано тем, что инжекция неосновных носителей не может произойти мгновенно, требуется время для накопления неосновных носителей в базе, а пока это не произошло, прямое сопротивление перехода больше, чем в установившемся режиме, что и определяет всплеск прямого напряжения (рис. 2.17).

По технологии изготовления импульсные диоды делятся на точечные, микросплавные, меза-диффузионные и эпитаксально-планарные. Наиболее быстродействующие из них меза и планарные диоды. Меза-диоды получаются методом диффузии точно также, как и плоскостные, но после этого происходит химическое травление, при котором p-n-переход сохраняется только на незначительной плоскости, а, следовательно, и площади (рис. 2.18). Это возвышение над остальной плоскостью (меза) и дало название данному типу импульсного диода. Планарные диоды получаются следующим образом. Поверхность кристалла окисляется, при этом образуется диэлектрическая пленка SiO₂. В этой диэлектрической пленке методом химического травления создается локальное «окно» очень малой площади, через которое вводится донорная или акцепторная примись. В результате получается p-n-переход с очень малой площадью, а, следовательно, и малой барьерной емкостью (рис. 2.19).

Для импульсных диодов, кроме уже рассмотренных основных параметров, вводятся дополнительные: время восстановления, время установления, заряд переключения, импульсное прямое напряжение, импульсный прямой ток. Схема включения и обозначение такое же, как и у выпрямительных диодов.