13. Основные виды диодов и технологии их производства.

Полупроводниковым диодом называют прибор с одним или несколькими элект. переходами и двумя внешними выводами. Диоды классифицируются по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическими особенностями, виду исходного полупроводника. По назначению различают следующие виды диодов: выпрямительные, детекторные, смесительные, модуляторные, умножительные, универсальные. Существуют и другие классификационные признаки:

1. по частоте (высокочастотные, диоды, диоды СВЧ)

2. для работы в импульсном режиме (импульсные)

3. по виду ВАХ (диоды с N-образной или S-образной характеристикой, или диоды с отрицательным сопротивлением)

В зависимости от соотношения между шириной объединенного слоя перехода и периметром, диоды подразделяются на: точечные, микросплавные и плоскостные. Одним из распространенных способов получения p-n перехода является вплавление. Очень широко используется вплавление индия, являющегося акцептором для германия; алюминия в кристалл кремния n-типа; вплавление фосфора или сурьмы в кремний p-типа

Рис 22 методы получения p-n переходов

а) сплавной; б) мезаструктура; в) точечный; г) планарный

электронно-дырочный переход можно получить, осуществляя диффузию примеси в исходную пластину полупроводника p- или n-типа. Уменьшение емкости p-n перехода осуществляется химическим путем: стравливается часть кристалла с одной стороны и получается мезаструктура. Малую емкость p-n перехода имеют также точечные диоды. Для изготовления такого перехода, электролитически заостренная металлическая игла приваривается к кристаллу полупроводника импульсом тока до 1А (метод формовки). Современным методом создания полупроводниковых приборов из кремния является планарная технология, основу которой составляет метод фотолитографии

рис 23 последовательность операций планарной технологии

а) окисление, нанесение фоторезиста; б) засвечивание; в) вскрытие окон; г) локальная диффузия.

На исходной пластине кремния n-типа получают пленку окисла, которую затем покрывают слоем светочувствительного вещества (фоторезистом), после чего поверхность через фотошаблон засвечивают УФ светом. Затем слой фоторезиста проявляется с помощью проявителей, при этом облучении участки фоторезиста задубливаются и переходят в нерастворимое состояние, а необлученные участки растворяются. Далее осуществляется травление пленки окисла и получается окно для диффузии примеси. После этого спец составом удаляют слой фоторезиста; через образовавшееся окно проводят локальную диффузию примеси в исходную пластинку примеси и получают p-n переход.

14. Выпрямительные диоды.

Выпрямительные диоды служат для преобразования переменного тока в пульсирующий ток одного направления и используется в источниках питания радиоэлектронной аппаратуры. Г ерманиевые выпрямительные диоды .Изготовление германиевых выпрямительных диодов начинается с вплавления индия в исходную полупроводниковую пластину германия n-типа. В свою очередь исходная пластина припаивается к стальному кристаллодержателю для маломощных выпрямительных диодов или к медному основанию для мощных выпрямительных диодов.

Рис 24 конструкция маломощного сплавного диода. 1- кристаллодержатель; 2 – кристалл; 3 – внутр. вывод; 4 – коваровый корпус; 5 – изолятор; 6 – коваровая трубка; 7 – внешний вывод

Рис 25 ВАХ германиевого диода.из рис 25 видно, что с ростом температуры в значительной степени увеличивается обратный ток диода, а величина пробивного напряжения уменьшается. Германиевые диоды различного назначения имеют величину выпрямленного тока от 0,3 до 1000А. Прямое падение напряжения не превышает 0,5В, а допустимое обратное напряжение 400В. Недостатком германиевых диодов является их необратимый пробой даже при кратковременных импульсных перегрузках.Кремниевые выпрямительные диоды.Для получения p-n перехода в кремниевых выпрямительных диодах осуществляют вплавление алюминия в кристалл кремния n-типа, или сплава золота с сурьмой в кремний p-типа. Для получения переходов используют также диффузионные методы. Конструкции ряда маломощных кремниевых диодов практически не отличается от конструкций аналогичных германиевых диодов.

Р ис 27 ВАХ кремниевого диода

Прямая ветвь слабо изменяется в довольно значительном интервале температур (с ростом температур она будет несколько круче), а падение напряжения в прямом направлении уменьшится. Другие типы выпрямительных диодов.Длительное время находились в эксплуатации и в некоторых случаях еще находят применение селеновые выпрямители, представляющие собой параллельно-последовательное соединение выпрямительных диодов. Переходы этих диодов изготовляются на основе селена, к которому для уменьшения сопротивления добавляют йод и хлор. Из старых типов следует упомянуть меднозакисные, которые отличаются линейностью ВАХ в прямом направлении, что является важным свойством при применении их в ряде выпрямительных схем. К современным приборам можно отнести титановые диоды. Они могут долговременно работать при температуре до +250 градусов Цельсия и допускают кратковременную работу при +400 градусах Цельсия. Разновидностью выпрямительных диодов являются лавинные диоды. Эти приборы на обратной ветви ВАХ имеют лавинную характеристику, подобную стабилитрону. В качестве выпрямительных диодов используются и диоды Шоттки. Важная особенность этих диодов - меньшее прямое падение напряжения – 0,2В. Применение таких диодов уменьшает потери на 10-15% Для выпрямления напряжений свыше нескольких кВ разработаны выпрямительные столбы, которые представляют собой совокупность выпрямительных диодов, соединенных последовательно и собранных в единую конструкцию с двумя выводами.Превосходство: диапазон рабочих температур до 250 градусов Цельсия; лучшие частотные свойства; работают до частоты 1МГц и выше.

Основные параметры выпрямительных диодов

1. постоянное прямое напряжение на диоде при заданном значении прямого тока через диод

2. постоянный прямой ток

3. величина обратного тока при заданном значении обратного напряжения

4. максимальное обратное напряжение

5. рабочий диапазон температур

6. максимальная частота, на которой еще не происходит ухудшение основных параметров

7. тепловое сопротивление переход-корпус, переход-среда

8. максимальная емкость диода

9. внутреннее или диф-ное сопротивление диода в рабочей точке

10. сопротивление постоянного тока

коэффициент выпрямления