Вопрос 24. Процессы импульсных диодов при переключении на обратное напряжение. Классификация импульсных диодов.

При переключении диода на обратное напряжение за счет накопления заряда в базе, диод в течение времени переходного процесса остается в проводящем состоянии. Через диод протекает импульсный обратный ток

I обр.и, амплитуда которого может на несколько порядков превышать статический обратный ток, постоянно уменьшаясь до установившегося значения Iобр.уст..

Э тап рассасывания длится до тех пор, пока граничная концентрация неосновных носителей Pn(0,t) превышает равновесную Pn0. В течение этого этапа на диоде сохраняется малое напряжение. Длительность этапа рассасывания tp при переключении значительно меньше, чем при отключении диода, так как дырки уходят из базы через р-n переход. Скорость уменьшения концентрации дырок зависит от времени жизни и от величины импульсного обратного тока Iобр.и.. Величина импульсного обратного тока определяется сопротивлением внешнего резистора Rобр,а при его отсутствии – сопротивлением rБ диода. На этапе рассасывания заряда при постоянстве Iобр градиент концентрации Pn(x,t) при x=0 сохраняется постоянным - графики для t1 и t2 рис.3.28. После окончания этапа рассасывания граничная концентрация дырок становится меньше равновесной, градиент концентрации не может под-

держиваться достаточно большим - графики для t3 и t4 , ток диода постоянно уменьшается до малого значения статического обратного тока Iобр.уст.

Обратное сопротивление диода восстанавливается, а напряжение на диоде увеличивается до Uобр.. Установившееся напряжение на диоде Uобр практически равно напряжению источника сигнала, так как практически всегда падение напряжения на внешнем резисторе из-за протекания установивше-

гося обратного тока пренебрежимо мало:

Основные параметры импульсных диодов определяются процессами накопления и рассасывания неравновесных концентраций зарядов, длительность которых пропорциональна времени жизни неосновных

носителей заряда. Для уменьшения времени жизни примеси, играющие роль ловушек рекомбинации, например, золото. Уменьшение удельного сопротивления базы приводит к росту обратного тока диода и к уменьшению допустимого обратного напряжения. Быстродействие мощных приборов снижается не только за счет роста накопленных зарядов (из-за протекания больших прямых токов) но и из-за роста Cбар за счет необходимости увеличения площади перехода.

Вопрос 25. Диоды Шоттки.

Уменьшить влияние эффекта накопления неосновных носителей заряда, и существенно повысить быстродействие позволяют импульсные диоды на основе контакта металл-полупроводник - диоды Шоттки. Взаимное расположение энергетических уровней металла и примесных полупроводников характеризуется разностью работ выхода электрона из твердого тела. Работа выхода - это энергетическое расстояние между уровнем свободного электрона вне твердого тела (вакуум) и уровнем Ферми. Из зонных диаграмм неконтактирующих слоев видно, что работа выхода из металла больше, чем работа выхода An полупроводника n-типа и меньше, чем Ар полупроводника р-типа. Соотношение уровней Ферми в металле и в примесных полупроводниках имеет вид φFp < φFM < φFn. При контакте металла с полупроводником n-типа заполненность уровней в зоне проводимости полупроводника выше, чем уровней с такой

же энергией в металле. Поэтому электроны переходят из граничного слоя полупроводника в металл. Уменьшение концентрации электронов вызыва- ет увеличение энергетического расстояния между уровнями Ферми и дном

зоны проводимости энергетические уровни искривляются вверх. На границе металл-полупроводник образуется потенциальный барьер, образованный зарядами ионов доноров в полупроводнике и электронами в металле. Область пространственного заряда имеет размеры порядка долей микрон и обладает большим сопротивлением по сравнению со слоями полупроводника и металла. Если внешнее напряжение приложить плюсом к металлу и минусом к полупроводнику, то высота потенциального барьера уменьшается, приграничный слой насыщается электронами, сопротивление области пространственного заряда уменьшается, через диод Шоттки протекает большой ток. Такое включение является прямым. Если внешнее напряжение приложить минусом к металлу и плюсом к полупроводнику, то высота потенциального барьера увеличится, сопротивление диода возрастает. Через диод протекает малый обратный ток, образованный движением дырок из полупроводника n-типа в металл. По сравнению с полупроводником р-типа в металле энергетические уровни, соответствующие зоне проводимости полупроводника, заполнены больше. Поэтому при их контакте электроны переходят из металла в полупроводник. Из-за рекомбинации электронов с дырками в граничной слое образуется область пространственного заряда ионов акцепторов. Вследствие уменьшения концентрации дырок расстояние между уровнем Ферми и дном зоны проводимости уменьшается. Это вызывает искривление уровней вниз и образование потенциального барьepa для дырок р-слоя. Внешнее напряжение в зависимости от полярности увеличивает или уменьшает высоту потенциального барьера и проводимость контакта в целом. В отличие от предыдущего случая металл выполняет роль катода, а полупроводник р-типа - роль анода.

Диоды Шоттки по сравнению с кремниевыми диодами на основе р-n переходов имеют меньшее прямое напряжение, больший обратный ток и экспоненциальную зависимость прямого тока от напряжения в широком диапазоне токов

и з-за отсутствия тока рекомбинации. Особенностью диодов Шоттки является отсутствие инжекции и накопления неосновных зарядов в соответствующих слоях полупроводника. Для диодов Шоттки основным параметром, характеризующим быстродействие, являются время жизни неравновесных (неосновных) носителей заряда и барьерная емкость. В соответствии с принятой классификацией импульсные диоды разделяются на группы по времени восстановления обратного сопротивления.

Первый элемент цифро-буквенного кода обозначает исходный полупроводниковый материал:

Г или I - германий и его соединения. К или 2 - кремний и его соединения, А или 3 - соединения галия, например, арсенид галлия, Второй элемент - буква, определяющая подкласс приборов: D - выпрямительные и импульсные, универсальные, А - СВЧ, импульсные. Третий элемент - цифра, определяющая функциональные воз-

можности приборов, для импульсных диодов - время восстановления обратного сопротивления:

4- tвос > 500 нс; 5- 150 нс < tвос ≤ 500 нс; 6- 30 нс < tвос ≤ 150 нс; 7- 5 нс < tвос ≤ 30 нс; 8- I нс < tвос ≤ 5 нс;

9 - импульсные (диоды Шоттки) с эффективным временем жизни неосновных носителей заряда менее I нс.

Четвертый элемент - двухзначное (иногда трехзначное) число, обозначающее номер разработки : цифры 01÷99(001÷999).Пятый элемент - буква, условно определяющая классификацию (разбраковку по параметрам) приборов, изготовленных по единой технологии.