В идеальном обратный ток уже при сравнительно небольшом обратном напряжении не зависит от значения последнего. Однако при исследованиях реальных наблюдается достаточно сильное увеличение обратного гока при увеличении приложенного напряжения, причем в кремниевых структурах обратный ток на 2-3 порядка выше теплового. Такое огличие экспериментальных данных от теоретических объясняется гермогенерацией носителей заряда непосредственно в области и существованием канальных токов и токов утечки.

Канальные токи обусловлены наличием поверхностных энергетических состояний, искривляющих энергетические зоны вблизи поверхности и приводящих к появлению инверсных слоев. Эти слои называют каналами, а токи, протекающие через переход между инверсным слоем и соседней областью, - канальными токами.

Емкости p-n-перехода.

Наряду с электропроводностью -переход имеет и определенную емкость. Емкостные свойства обусловлены наличием по обе стороны от границы электрических зарядов, которые созданы ионами примесей, а также подвижными носителями заряда, находящимися вблизи границы .

Емкость подразделяют на две составляющие: барьерную, отражающую перераспределение зарядов в , и диффузионную, отражающую перераспределение зарядов вблизи . При прямом смещении перехода в основном проявляется диффузионная емкость, при обратном (режим экстракции) заряды вблизи (в базе) меняются мало и основную роль играет барьерная емкость.

Так как внешнее напряжение влияет на ширину , значение пространственного заряда и концентрацию инжектированных носителей заряда, то емкость зависит от приложенного напряжения и его полярности.

Барьерная емкость обусловлена наличием в -переходе ионов донорной и акцепторной примесей, которые образуют как бы две заряженные обкладки конденсатора. При изменении запирающего напряжения, например увеличении, ширина -перехода увеличивается и часть подвижных носителей заряда (электронов в области и дырок в области ) отсасывается электрическим полем от слоев, прилегающих к переходу. Перемещение этих носителей заряда вызывает в цепи ток

где - изменение заряда обедненного слоя -перехода. Этот ток становится равным нулю по окончании переходного процесса изменения границ -перехода.

Величину для резкого перехода можно определить из приближенного выражения

где - площадь и толщина при .

С увеличением приложенного обратного напряжения U барьерная емкость уменьшается из-за увеличения толщины перехода (рис. 2.10, а).

Зависимость называют вольт-фарадной характеристикой.

При подключении к p-n-переходу прямого напряжения барьерная емкость увеличивается вследствие уменьшения . Однако в этом случае приращение зарядов за счет инжекции играет большую роль и емкость -перехода определяется в основном диффузионной составляющей емкости.

Диффузионная емкость отражает физический процесс изменения концентрации подвижных носителей заряда, накопленных в областях, вследствие изменения концентрации инжектированных носителей.

Влияние диффузионной емкости можно пояснить следующим примером.

Пусть через протекает прямой ток, обусловленный инжекцией дырок в базовую область. В базе накоплен заряд, созданный неосновными носителями, пропорциональный этому току, и заряд основных носителей, обеспечивающий электронейтральность полупроводника. При быстром изменении полярности приложенного напряжения инжектированные дырки не успевают рекомбинировать и под действием обратного напряжения переходят назад в область эмиттера. Основные носители заряда движутся в противоположную сторону и уходят по шине питания. При этом обратный ток сильно увеличивается. Постепенно дополнительный заряд дырок в базе исчезает (рассасывается) за счет рекомбинации их с электронами и возвращения в -область. Обратный ток уменьшается до статического значения (рис. 2.10. б).

Рис. 2.10. Вольт-фарадные характеристики (а) и изменение тока при изменении полярности напряжения (о): 1 - плавный переход; 2 - резкий переход

Переход ведет себя подобно емкости, причем заряд диффузионной емкости пропорционален прямому току, протекавшему ранее через -переход.

Наличие в р–n-переходе ионов примесей и подвижных носителей заряда, находящихся вблизи границы перехода, обуславливает его емкостные свойства.

Имеются две составляющие емкости р–n-перехода: барьерная (зарядная) Cбар и диффузионная Cдиф. Барьерная емкость обусловлена наличием в p-n-переходе ионов донорной и акцепторной примесей, p- и n- области образуют как бы 2 заряженные обкладки конденсатора, а сам обедненный слой служит диэлектриком. В общем случае зависимость зарядной емкости от приложенного к p-n-переходу обратного напряжения выражается формулой.

где C 0 – емкость р–n перехода при Uобр=0.

γ - коэффициент, зависящий от типа р–n перехода (для резких переходов γ = 1/2, а для плавных γ = 1/3). Из этого выражения видно, что с увеличением обратного напряжения барьерная емкость уменьшается. Т.е. при увеличении обратного напряжения толщина обедненного слоя p-n-перехода возрастает, обкладки конденсатора как бы раздвигаются, и емкость его падает. Это свойство барьерной емкости позволяет использовать переход как емкость, управляемую величиной обратного напряжения.

Зависимость емкости от приложенного напряжения называется вольт-фарадной характеристикой. Где кривая 1-планый p-n-переход, 2- резкий.

Диффузионная емкость обусловлена изменением числа неравновесных носителей заряда в p-и n-областях (кривая 3).

Iпр - прямой ток, протекающий через переход, τ – время жизни инжектированных неравновесных носителей.

При переходе в область прямых напряжений возрастает не только барьерная емкость, но и емкость, обуловленная накоплением неравновесного заряда в p- и n-областях перехода. Накопленные носители в р– и n–областях быстро рекомбинируют, следовательно диффузионная емкость уменьшается во времени. Скорость спада зависит от времени жизни τ неравновесных носителей заряда. Диффузионная емкость всегда зашунтирована малым прямым сопротивлением р–n перехода и во многом определяет быстродействие полупроводниковых элементов.

Эквивалентная схема p-n-перехода – математическая модель, которая используется для анализа электронных схем, которые включают п/п диоды.

Параметры Lв – индуктивность выводов и Ск – емкость корпуса используются когда структура размещена в корпусе.

Эквивалентная схема для обратного включения перехода выглядит по-другому:

При больших прямых токах из эквивалентной схемы можно исключить Сб.

16. Классификация п/п диодов. Система обозначений. Условные графические обозначения п/п диодов.

Полупроводниковым диодом называется электропреобразовательный прибор, содержащий один или несколько переходов и два вывода для подключения к внешней цепи.

П/п диоды классифицируются: по роду исходного материала, конструкторско-технологическим особенностям, назначению и т.д. По типу исходного материала диоды бывают: германиевые, кремниевые, селеновые, карбид-кремниевые, арсенид-галлиевые и др. По конструкторско-технологическим особенностям: точечные, сплавные, микросплавные, диффузионные, эпитаксиальные, с барьером Шоттки, поликристаллические и др. По назначению делятся на: 1. Выпрямительные (силовые), предназначенные для преобразования переменного напряжения источников питания промышленной частоты в постоянное. 2. Стабилитроны (опорные диоды), предназначенные для стабилизации напряжений, имеющие на обратной ветви ВАХ участок со слабой зависимостью напряжения от протекающего тока. 3. Варикапы, предназначенные для работы в быстродействующих импульсных системах. 5. Туннельные и обращенные диоды, предназначенные для усиления, генерирования и переключения высокочастотных колебаний. 6. Сверхвысокочастотные, предназначенные для преобразования, переключения, генерирования сверхвысокочастотных колебаний. 7. Светодиоды, предназначенные для преобразования электрического сигнала в световую энергию. 8. Фотодиоды, предназначенные для преобразования световой энергии в электрический сигнал. Система обозначений. Она стоит из буквенных и цифровых элементов. Первым элементом обозначения является буква или цифра, определяющая исходный материал диода: Г или 1 – германий или его соединения; К или 2 – кремний или его соединения; А или 3 – арсенид галлия и соединения галлия; Второй элемент – буква, указывающая назначение диода: Д – выпрямительные, импульсные; С – стабилитроны; В – варикапы; И – туннельные, обращенные; А – сверхвысокочастотные; Л – светодиоды; Ф – фотодиоды. Третий элемент – цифра, указывающая на энергетические особенности диода. Четвертый элемент – две цифры, указывающие номер разработки. Пятый элемент – буква, характеризующая специальные параметры диода. Условные графические изображения.

Выводы диода называются анод и катод. Анод – вывод электронного прибора, к которому прямой ток течет из внешней электрической цепи. Катод – вывод электронного прибора, от которого прямой ток течет во внешнюю электрическую цепь. Стрелка в обозначении диода указывает на n-область перехода.

"

Изменение внешнего напряжения dU на p-n переходе приводит к изменению накопленного в нем заряда dQ. По­этому p-n переход ведет себя подобно конденсатору, ем­кость которого С = dQ/ dU.

В зависимости от физической природы изменяющегося заряда различают емкости барьерную (зарядную) и диф­фузионную.

Барьерная (зарядная) емкость определяется измене­нием нескомпенсированного заряда ионов при изменении ширины запирающего слоя под воздействием внешнего обратного напряжения. Поэтому идеальный электронно-дырочный переход можно рассматривать как плоский кон­денсатор, емкость которого определяется соотношением

где П, d - соответственно площадь и толщина p-n перехода.

Из соотношений (1.41) и (1.31) следует

.

В общем случае зависимость зарядной емкости от при­ложенного к p-n переходу обратного напряжения выра­жается формулой

,

где C 0 - емкость p-n перехода при U ОБР = 0; g - коэффици­ент, зависящий от типа p-n перехода (для резких p-n переходов g = 1/2, а для плавных g = 1/3).

Барьерная емкость увеличивается с ростом N А и N Д, а также с уменьшением обратного напряжения. Характер зависимости С БАР = f(U ОБР) показан на рис. 1.13,а.

Рассмотрим диффузионную емкость. При увеличении внешнего напряжения, приложенного к p-n переходу в прямом направлении, растет концентрация инжектирован­ных носителей вблизи границ перехода, что приводит к изменению количества заря­да, обусловленного неосновны­ми носителями в p- и n-областях. Это можно рассмат­ривать как проявление неко­торой емкости. Поскольку она зависит от изменения диффузионной составляю­щей тока, ее называют диф­фузионной. Диффузионная емкость представляет собой отношение приращения инжекционного заряда dQ инж к вызвавшему его изменению напряжения dU пр, т. е. . Воспользовавшись уравнением (1.30), можно опреде­лить заряд инжектированных носителей, например дырок в n-области:

Рисунок 1.13 Зависимость барьерной (а) и диффузионной (б) емкостей p-n перехода от напряжения.

Тогда диффузионная емкость, обусловленная изменением общего заряда неравновесных дырок в n-области, опреде­лится по формуле

.

Аналогично для диффузионной емкости, обусловленной инжекцией электронов в p-область,

.

Рисунок 1.13 Эквивалентная схема p-n перехода.

Общая диффузионная емкость

Зависимость ёмкости от прямого напряжения на p-n переходе показана на рисунке 1.13, б.

Полная емкость p-n перехода определяется сум­мой зарядной и диффузи­онной емкостей:

.

При включении p-n перехода в прямом направ­лении преобладает диффу­зионная емкость, а при включении в обратном на­правлении - зарядная.

На рис. 1.14 приведена эквивалентная схема p-n перехода по переменному току. Схема содержит дифферен­циальное сопротивление p-n перехода r Д, диффузионную емкость С ДИФ, барьерную емкость С БАР и сопротивление объ­ема p- и n-областей r 1 . На основании уравнения (1.37) можно записать:

.

Если при прямом включении p-n перехода U пр >> j т, то:

При комнатной температуре ; (1.42)

(в соотношении (1.42) значение тока подставляется в ам­перах). Сопротивление утечки r УТ учитывает возможность прохождения тока по поверхности кристалла из-за несо­вершенства его структуры. При прямом включении p-n перехода С БАР << С ДИФ, дифференциальное сопротивление r Д ПР мало и соизмеримо с r 1 , поэтому эквивалентная схе­ма принимает вид, показанный на рис. 1.15, а.

Рисунок 1.15 Упрощенные эквивалентные схемы p-n перехода.

При обратном смещении r Д ОБР >> r 1 , С БАР >> С ДИФ и эк­вивалентная схема имеет вид, показанный на рис. 1.15, б.

Полупроводниковым диодом называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом, имеющий 2 вывода.

Структура полупроводникового диода с электронно-дырочным переходом и его условное графическое обозначение приведены на рис. 1.2, а, б.

Буквами p и n обозначены слои с проводимостями соответственно p-типа и n-типа.

Обычно концентрации основных носителей заряда (дырок в слое p и электронов в слое n) сильно различаются. Слой полупроводника, имеющий большую концентрацию, называют эмиттером, а имеющий меньшую концентрацию - базой.

Далее рассмотрим основные элементы диода (p-n-переход и невыпрямляющий контакт металл-полупроводник), физические явления, лежащие в основе работы диода, а также важные понятия, использующиеся для описания диода.

Глубокое понимание физических явлений и владение указанными понятиями необходимо не только для того, чтобы правильно выбирать конкретные типы диодов и определять режимы работы соответствующих схем, выполняя традиционные расчеты по той или иной методике.

В связи с быстрым внедрением в практику инженерной работы современных систем схемотехнического моделирования эти явления и понятия приходится постоянно иметь в виду при выполнении математического моделирования.

Системы моделирования быстро совершенствуются, и математические модели элементов электронных схем все более оперативно учитывают самые «тонкие» физические явления. Это делает весьма желательным постоянное углубление знаний в описываемой области и необходимым понимание основных физических явлений, а также использование соответствующих основных понятий.

Приведенное ниже описание основных явлений и понятий, кроме прочего, должно подготовить читателя к систематическому изучению вопросов математического моделирования электронных схем.

Рассматриваемые ниже явления и понятия необходимо знать при изучении не только диода, но и других приборов.

Структура p-n-перехода.

Вначале рассмотрим изолированные друг от друга слои полупроводника (рис. 1.3).

Изобразим соответствующие зонные диаграммы (рис. 1.4).

В отечественной литературе по электронике уровни зонных диаграмм и разности этих уровней часто характеризуют потенциалами и разностями потенциалов, измеряя их в вольтах, например, указывают, что ширина запрещенной зоны ф 5 для кремния равна 1,11 В.

В то же время зарубежные системы схемотехнического моделирования реализуют тот подход, что указанные уровни и разности уровней характеризуются той или иной энергией и измеряются в электрон-вольтах (эВ), например, в ответ на запрос такой системы о ширине запрещенной зоны в случае кремниевого диода вводится величина 1,11 эВ.

В данной работе используется подход, принятый в отечественной литературе.

Теперь рассмотрим контактирующие слои полупроводника (рис. 1.5).

В контактирующих слоях полупроводника имеет место диффузия дырок из слоя p в слой n, причиной которой является то, что их концентрация в слое p значительно больше их концентрации в слое n (существует градиент концентрации дырок). Аналогичная причина обеспечивает диффузию электронов из слоя n в слой p.

Диффузия дырок из слоя p в слой n, во-первых, уменьшает их концентрацию в приграничной области слоя p и, во-вторых, уменьшает концентрацию свободных электронов в приграничной области слоя n вследствие рекомбинации. Подобные результаты имеет и диффузия электронов из слоя n в слой p. В итоге в приграничных областях слоя p и слоя n возникает так называемый обедненный слой, в котором мала концентрация подвижных носителей заряда (электронов и дырок). Обедненный слой имеет большое удельное сопротивление.

Ионы примесей обедненного слоя не компенсированы дырками или электронами. В совокупности ионы образуют нескомпенсированные объемные заряды, создающие электрическое поле с напряженностью E , указанной на рис. 1.5. Это поле препятствует переходу дырок из слоя p в слой n и переходу электронов из слоя n в слой p. Оно создает так называемый дрейфовый поток подвижных носителей заряда, перемещающий дырки из слоя n в слой p и электроны из слоя p в слой n.

В установившемся режиме дрейфовый поток равен диффузионному, обусловленному градиентом концентрации. В несимметричном p-n-переходе более протяженным является заряд в слое с меньшей концентрацией примеси, т. е. в базе.

Изобразим зонную диаграмму для контактирующих слоев (рис. 1.6), учитывая, что уровень Ферми для них является единым.

Рассмотрение структуры p-n-перехода и изучение зонной диаграммы (рис. 1.6) показывают, что в области перехода возникает потенциальный барьер. Для кремния высота Аф потенциального барьера примерно равна 0,75 В.

Примем условие, что потенциал некоторой удаленной от перехода точки в слое p равен нулю. Построим график зависимости потенциала Ф от координаты x соответствующей точки (рис. 1.7). Как видно из рисунка, значение координаты x = 0 соответствует границе слоев полупроводника.

Важно отметить, что представленные выше зонные диаграммы и график для потенциала Ф (рис. 1.7) строго соответствуют подходу, используемому в литературе по физике полупроводников, согласно которому потенциал определяется для электрона, имеющего отрицательный заряд.

В электротехнике и электронике определяют как работу, совершаемую силами поля по переносу единичного положительного заряда.

Построим график зависимости потенциала Фэ, определяемого на основе электротехнического подхода, от координаты x (рис. 1.8).

Ниже индекс «э» в обозначении потенциала будем опускать и использовать только электротехнический подход (за исключением зонных диаграмм).

Прямое и обратное включение p-n-перехода. Идеализированное математическое описание характеристики перехода.

Подключим к p-n-переходу внешний источник так, как это показано на рис. 1.9. Это так называемое прямое включение p — n -перехода. В результате потенциальный барьер уменьшится на величину u (рис. 1.10), дрейфовый поток уменьшится, p — n -переход перейдет в неравновесное состояние, и через него будет протекать так называемый прямой ток.

Подключим к p-n-переходу источник так, как это показано на рис. 1.11. Это так называемое обратное включение p-n -перехода. Теперь потенциальный барьер увеличится на u (рис. 1.12). В рассматриваемом случае через p-n-переход будет очень мал. Это так называемый обратный , который обеспечивается термогенерацией электронов и дырок в областях, прилегающих к области p-n-перехода.

Однако объемные заряды создают электрическое поле, которое в свою очередь самым существенным образом влияет на движение свободных носителей электричества, т. е. на процесс протекания тока.

При увеличении обратного область пространственных зарядов (главным образом за счет базы) и величина заряда в каждом слое (p и n) полупроводника увеличиваются. Это увеличение происходит непропорционально: при большом по модулю обратном напряжении заряд увеличивается при увеличении модуля медленнее, чем при малом по модулю обратном напряжении.

Дадим поясняющую иллюстрацию (рис. 1.19), где используем обозначения:

Q - пространственный заряд в слое n полупроводника;

u - внешнее напряжение, приложенное к p — n -переходу.

Обозначим через f функцию, описывающую зависимость Q от u . В соответствии с изложенным

В практике математического моделирования (и при ручных расчетах) удобно и поэтому принято пользоваться не этим выражением, а другим, получаемым из этого в результате дифференцирования. На практике широко используют так называемую барьерную емкость С 6ар p-n-перехода, причем по определению С 6ар = | dQ / du | Изобразим графики для Q (рис. 1.20) и C бар (рис. 1.21).

Явление возникновения и изменения объемного заряда неравновесных носителей электричества. Диффузионная емкость.

Если внешнего источника смещает p-n-переход в прямом направлении (u> 0), то начинается инжекция (эмиссия) - поступление неосновных носителей электричества в рассматриваемый слой полупроводника. В случае несимметричного p-n-перехода (что обычно бывает на практике) основную роль играет инжекция из эмиттера в базу.

Далее предполагаем, что переход несимметричный и что эмиттером является слой p , а базой - слой n . Тогда инжекция - это поступление дырок в слой n . Следствием инжекции является возникновение в базе объемного заряда дырок.

Известно, что в полупроводниках имеет место явление диэлектрической релаксации (релаксации Максвелла), которое состоит в том, что возникший объемный заряд практически мгновенно компенсируется зарядом подошедших свободных носителей другого знака. Это происходит за время порядка 10 -12 с или 10 -11 с.

В соответствии с этим поступивший в базу заряд дырок будет практически мгновенно нейтрализован таким же по модулю зарядом электронов.

Используем обозначения:

Q - объемный заряд неравновесных носителей в базе;

u - внешнее напряжение, приложенное к p — n -переходу;

f - функция, описывающая зависимость Q от u.

Дадим поясняющую иллюстрацию (рис. 1.22).

В соответствии с изложенным Q = f(u) На практике удобно и принято пользоваться не этим выражением, а другим, получаемым из этого в результате дифференцирования. При этом используют понятие диффузионной емкости C диф p-n-перехода, причем по определению C диф = dQ / du Емкость называют диффузионной, так как рассматриваемый заряд Q лежит в основе диффузии носителей в базе.

C диф удобно и принято описывать не как функцию u , а как функцию тока i p-n-перехода.

Сам заряд Q прямо пропорционален току i (рис. 1.23, а). В свою очередь i экспоненциально зависит от u (соответствующее выражение приведено выше), поэтому производная di / du также прямо пропорциональна току (для экспоненциальной функции ее производная тем больше, чем больше значение функции). Отсюда следует, что емкость С диф прямо пропорциональна току i (рис.1.23,6):

Cдиф=i·τ/φт где φт - температурный потенциал (определен выше);

τ - среднее время пролета (для тонкой базы), или время жизни (для толстой базы).

Среднее время пролета - это время, за которое инжектируемые носители электричества проходят базу, а время жизни - время от инжекции носителя электричества в базу до рекомбинации.

Общая емкость p-n-перехода.

Эта емкость С пер равна сумме рассмотренных емкостей, т. е. С пер = С бар + С диф.

При обратном смещении перехода (u < 0) диффузионная емкость практически равна нулю и поэтому учитывают барьерную емкость. При прямом смещении обычно С бар < С диф.

Невыпрямляющий контакт металл-полупроводник.

Для подключения внешних выводов в диодах используют так называемые невыпрямляющие (омические) контакты металл-полупроводник. Это такие контакты, сопротивление которых практически не зависит ни от полярности, ни от величины внешнего напряжения.

Получение невыпрямляющих контактов - не менее важная задача, чем получение p-n-переходов. Для кремниевых приборов в качестве металла контактов часто используют алюминий. Свойства контакта металл-полупроводник определяются разностью работ выхода электрона. Работа выхода электрона из твердого тела - это приращение энергии, которое должен получить электрон, находящийся на уровне Ферми, для выхода из этого тела.

Обозначим работу выхода для металла через A м, а для полупроводника - через A п. Разделив работы выхода на заряд электрона q, получим соответствующие потенциалы:

φ m =A m /q,φ n =A n /q

Введем в рассмотрение так называемую контактную разность потенциалов φ mn :φ mn =φ m -φ n

Для определенности обратимся к контакту металл-полупроводник n-типа. Для получения невыпрямляющего контакта необходимо выполнение условия φ mn < 0. Изобразим соответствующие зонные диаграммы для неконтактирующих металла и полупроводника (рис. 1.24).

Как следует из диаграммы, энергетические уровни в полупроводнике, соответствующие зоне проводимости, заполнены меньше, чем в металле. Поэтому после соединения металла и полупроводника часть электронов перейдет из металла в полупроводник. Это приведет к увеличению концентрации электронов в полупроводнике типа n.

Таким образом, проводимость полупроводника в области контакта окажется повышенной и слой, обедненный свободными носителями, будет отсутствовать. Указанное явление оказывается причиной того, что контакт будет невыпрямляющим. Для получения невыпрямляющего контакта металл-полупроводник p-типа необходимо выполнение условия φмп> 0

Диффузионная емкость отражает перераспределение зарядов вблизи p-n-перехода и проявляется в основном при прямом смещении перехода. Изменение прямого напряжения на p-n-переходе изменяет величину заряда неравновесных носителей в базе. Это изменение заряда обуславливает диффузионную емкость:

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковыми диодами называют электропреобразовательные приборы с одним p-n-переходом, имеющие 2 электрических вывода.

Обозначение диодов на принципиальной схеме зависит от их функционального назначения. Основные типы диодов:

1. силовые (выпрямительные) диоды;

2. опорные диоды (стабилитроны и стабисторы);

3. импульсные диоды;

4. туннельные диоды;

5. варикапы;

6. СВЧ- диоды;

7. магнитодиоды;

8. светодиоды и т.д.

Силовые диоды

Силовые диоды предназначены для выпрямления тока промышленной частоты. В них используются вентильные свойства вольт-амперной характеристики p-n-перехода. На рис.3.1. представлено условное обозначение диода и его вольт-амперная характеристика, совмещенная с характеристикой p-n-перехода.

Основные параметры силовых диодов:

1. I пр. cр. ¾ среднее допустимое значение прямого тока;

2. U пр.ср. ¾ прямое падение напряжения при допустимом прямом токе;

3. U обр. max ¾ допустимое обратное напряжение диода, не приводящее к электрическому пробою;

4. I обр. max ¾ величина обратного тока диода при допустимом обратном напряжении;

5. Р доп. ¾ допустимая мощность, рассеиваемая на приборе;

6. t° раб. max ¾ максимально допустимая рабочая температура;

7. f max ¾ предельная рабочая частота.

Высокочастотные диоды

Высокочастотные диоды предназначены для преобразования переменного тока в однонаправленный при значительных частотах переменного тока (от сотен кГц до до сотен МГц). Основной причиной, обуславливающей невозможность применения для этих целей обычных выпрямительных диодов, является их значительная барьерная емкость. С ростом частоты выпрямляемого сигнала емкостное сопротивление закрытого диода падает, вентильные свойства нарушаются, и диод перестает выполнять свое функциональное назначение. Для устранения этого эффекта (для минимизации емкости перехода) в высокочастотных диодах используется два технологических приема: так называемые точечная и мезосплавная технологии.

Функции высокочастотного диода аналогичны функциям выпрямительного диода. Обозначение высокочастотного диода на электрических схемах совпадает с обозначением выпрямительного диода. Помимо параметров, характерных для выпрямительного диода, добавляется максимальная емкость диода при нулевом обратном напряжении.

СВЧ-диоды (сверхвысокочастотные диоды)

СВЧ-диоды предназначены для преобразования сигналов электрического тока до десятков МГц. Выполняются по точечной технологи.

Импульсные диоды

Обозначение и вольт-амперная характеристика импульсных диодов аналогичны выпрямительным диодам. Импульсные диоды предназначены для работы с сигналами импульсного характера (в режиме переключения), поэтому необходимо учитывать инерционность процессов включения и выключения диодов. Важное значение начинают приобретать время установления прямого напряжения при скачкообразном изменении прямого тока и время восстановления обратного сопротивления при изменении полярности приложенного напряжения. Оба эти фактора определяются скоростью рекомбинационных процессов (временем жизни свободных носителей тока). Для повышения скорости рекомбинационных процессов в полупроводниковые материалы этих диодов вводят примеси, формирующие "ловушки" для свободных носителей тока (золото, никель).

Под воздействием входного импульса положительной полярности (рис.3.2.) происходит инжекция носителей заряда в базовую область диода. Изменение напряжения с прямого на обратное приводит к выбросу обратного тока из-за наличия диффузионной емкости. Выброс обратного тока можно рассматривать как уменьшение обратного сопротивления диода за счет инжектированного заряда.

Основными параметрами импульсного диода являются:

1. t обр = t 2 – t 1 ¾ время восстановления обратного сопротивления, т.е. интервал времени с момента прохождения тока через нуль (после изменения полярности прямого напряжения) до момента достижения обратным током заданного малого значения;

2. t пр = t 4 – t 3 ¾ время установления прямого сопротивления, т.е. интервал времени от момента подачи импульса прямого тока на диод до достижения заданного значения прямого напряжения на нем;

3. R и = U пр. max / I пр. ¾импульсное сопротивление;

4. I пр. max ¾ максимально допустимый импульсный ток;

5. U пр. max ¾ максимальное импульсное прямое напряжение;

6. Р доп. ¾ максимально допустимая мощность рассеивания.

Разновидностью импульсных диодов является диод Шотки , в котором p-n-переход образован структурой полупроводник-металл. Особенностью такого перехода является отсутствие накопления избыточного заряда в базе. Инерционные свойства такого диода связаны с зарядом в барьерной емкости. Обозначение диода Шотки представлено на ри.3.3.