3.7. Импульсный режим диодов

Во многих современных радиоэлектронных устройствах полупроводниковые диоды часто работают в импульсном режиме при длительности импульсов, равной единицам микросекунд и меньшей. Рассмотрим особенности этого режима на примере, когда диод соединен последовательно с нагрузкой, сопротивление которой R_H во много раз больше прямого сопротивления диода (R_н»R_np). Пусть такая цепь (рис. 3.6,a) находится под действием импульсного напряжения, которое состоит из короткого импульса прямого напряжения (положительного импульса τ_p = 1мкс), отпирающего диод, и более длительного импульса обратного напряжения (отри­цательного импульса), надежно запирающего диод до прихода следующего поло­жительного импульса. Импульсы напряжения имеют прямоугольную форму (рис. 3.10,а).

Рис. 3.10. Импульсный режим работы диода

График тока, а следовательно, и пропорционального ему напряжения на R_H показан для этого случая на рис. 3.10,б. При прямом напряжении ток в цепи определяется сопротивлением R_H.

При перемене полярности напряжения, т.е. при подаче обратного напряжения, диод запирается не сразу, а в течение некоторого времени прохо­дит импульс обратного тока (рис. 3.10,б), зна­чительно превосходящий по амплитуде обратный ток в установившемся режиме I_{обр.уст.} Причины возникновения импульса обратного тока — это разряд диффузионной емкости, т. е. рассасывание зарядов, образованных подвижными носителями в р-и п-областях.

Исчезновение (рассасывание) заряда, накопленного в базе, длится некоторое время. К концу рассасывания обратный ток достигает своего установившегося весьма малого значения I_{обр.уст}. Иначе можно сказать, что обратное сопротивление диода R_обр сначала оказывается сравнительно небольшим, а затем оно посте­пенно возрастает и доходит до своего нормального установившегося значения.

Время τ_вос от момента возникновения обратного тока до момента, когда он уменьшится до установившегося значения, называют временем восстановления обратного сопротивления. Оно является важным параметром диодов, предназ­наченных для импульсной работы. У таких диодов τ_вос не превышает десятых долей микросекунды. Чем оно меньше, тем лучше, так как тогда диод быстрее запирается.

3.8. Конструкции полупроводниковых диодов

В зависимости от конструкции разли­чают точечные и плоскостные диоды.

Принцип устройства точечного диода показан на рис. 3.11. В нем тонкая заостренная игла с нанесенной на нее примесью приваривается при помощи импульса тока (1A/мкс) к пластинке полупроводника с определенным типом электропроводности. При этом из иглы в основной полупроводник диффунди­руют примеси, которые создают область с другим типом электропроводности. Этот процесс называется формовкой диода. Таким образом, около иглы полу­чается миниатюрный р-п-переход полусферической формы. Следовательно, разни­ца между точечными и плоскостными диодами заключается в площади р-п-перехода.

Рис. 3.11. Принцип устройства точечного диода

Плоскостные диоды изготавливаются главным образом методами сплавления (вплавления) или диффузии (рис. 3.12). В пластинку германия п-типа вплавляют при

температуре около 500 °С каплю индия, которая, сплавляясь с германием, образует слой германия р-типа. Область с электропроводностью р-типа имеет более высокую

концентрацию примеси, нежели основная пластинка сравнительно высокоомного германия, и поэтому является эмиттером. К основной пластинке германия и к индию припаивают выводные проволочки, обычно из никеля (рис. 3.12,а)

.

Рис. 3.12. Принцип устройства плоскостных диодов, изготовленных сплавным (а) и диффузион­ным (б) методами

Диффузионный метод изготовления планарного р-п-перехода (рис.3.12,б) состоит в том, что атомы примеси диффузионным путем проникают в основной полупроводник. Примесное вещество при этом обычно находится в газообразном состоянии. Для того чтобы диффузия была интенсивной, основной полупроводник нагревают до более высокой температуры, чем в методе сплавления. Например, пластинку кремния п-типа нагревают до 900 °С и помещают в пары индия. Тогда на поверхности пластинки образуется слой кремния р-типа. Изменяя длительность диффузии, можно довольно точно получать слой нужной толщины. Диффузионный слой играет роль эмиттера.