CATEGORII DOCUMENTE
Afaceri Calculatoare Casa masina Didactica pedagogie Diverse Educatie Finante Geografie Istorie & politica Legislatie Limba Management Sanatate Tehnologie

Bulgara	Ceha slovaca	Croata	Engleza	Estona	Finlandeza	Franceza
Germana	Italiana	Letona	Lituaniana	Maghiara	Olandeza	Poloneza
Sarba	Slovena	Spaniola	Suedeza	Turca	Ucraineana

įstatymai	įvairių	Apskaitos	Architektūra	Biografija	Biologija	Botanika	Chemija
Ekologija	Ekonomika	Elektra	Finansai	Fizinis	Geografija	Istorija	Karjeros
Kompiuteriai	Kultūra	Literatūra	Matematika	Medicina	Politika	Prekyba	Psichologija
Receptus	Sociologija	Technika	Teisė	Turizmas	Valdymas	vietimas

PUSLAIDININKINIAI DIODAI

elektra

+ Font mai mare | - Font mai mic


DOCUMENTE SIMILARE

PUSLAIDININKINIAI DIODAI

Puslaidininkinį diodą sudaro puslaidininkio kristalo luste sudaryta pn sandūra, ivadai ir korpusas. Silpniau legiruota diodo sritis vadinama baze. Kita, labiau legiruota sritis, i kurios, tekant tiesioginei srovei, į bazę injektuojami krūvininkai, vadinama emiteriu. Diodo p srities ivadas vadinamas anodiniu, n srities – katodiniu ivadu.

iame skyriuje aptarsime puslaidininkinių diodų tipus ir ių diodų savybes.

1. Diodų pn sandūrų sudarymo būdai

Atsi˛velgiant į pn darinių konstrukcijas, puslaidininkiniai diodai skirstomi į takinius ir ploktinius.

Takiniam diodui naudojamas puslaidininkinės med˛iagos lustas, prie kurio prispausta metalinė adata (1 pav.). Jeigu puslaidininkis yra elektroninio laidumo, tai adatos galas i anksto padengiamas trivalente akceptorine priemaia – aliuminiu, ind˛iu arba galiu. pn sandūra sudaroma elektrinio formavimo būdu: per kontaktą praleid˛iamas galingas srovės impulsas. Jis įkaitina adatos ir kristalo sąlyčio vietą, ir adatos galas įsilydo į puslaidininkį. Be to, auktoje temperatūroje priemaios atomai skverbiasi į puslaidininkį. Todėl po adatos galu susidaro nedidelė p puslaidininkio sritis ir pn sandūra. Takinių diodų pn sandūros plotas paprastai esti ne didesnis kaip 50 mm

Pirmieji ploktiniai diodai buvo gaminami įlydimo būdu. Įlydimo technologijos esmę iliustruoja 2 paveikslas. Į elektroninio laidumo silicio lustą 600–700 ⁰C temperatūroje įlydoma aliuminio tabletė. Aliuminio atomams įsiskverbus į silicį, aplink aliuminio tabletę susidaro skylinio laidumo silicio sritis. Germanio pn sandūrą galima sudaryti sulydant germanį su ind˛iu. Įlydimo būdu sudaromos staigios pn sandūros. Lydytinių sandūrų plotas gali būti didelis.

Tobulesnė yra pn sandūrų sudarymo technologija, pagal kurią priemaios atomai į puslaidininkio kristalą difunduoja i dujinės aplinkos. Difuzijos krosnyje vir elektroninio laidumo silicio praleid˛iamas dujų miinys, kuriame yra akceptorinės priemaios – boro (3 pav., a). 1000–1300 ⁰C temperatūroje (artimoje silicio lydymosi temperatūrai) boro atomai dėl koncentracijos gradiento skverbiasi į silicį. Parinkus terminės priemaių difuzijos temperatūrą ir trukmę, gaunamas pageidaujamas boro pasiskirstymas (3 pav., b). Efektinė priemaių koncentracija, kaip ˛inome, lygi priemaių koncentracijų skirtumui: jei , tai ; jei , tai ; čia ir – akceptorinės ir donorinės priemaių koncentracijos. Todėl, kai akceptorinės priemaios koncentracija lusto paviriniame sluoksnyje virija pradinę donorinės priemaios koncentraciją, pasikeičia laidumo tipas, pavirinis sluoksnis tampa p puslaidininkiu (3 pav.). Taip terminės priemaių difuzijos būdu sudaroma pn sandūra.

Terminės priemaių difuzijos būdu galima sudaryti artimą staigiai arba tolydinę pn sandūrą. Sandūros tipą lemia efektinės priemaių koncentracijos gradientas, priklausantis nuo priemaių difuzijos sąlygų – temperatūros ir trukmės. ie veiksniai lemia ir pn sandūros gylį .

Kadangi terminės priemaių difuzijos būdu pn sandūra sudaroma perkompensuojant pradines priemaias, priemaių koncentracija kitokio laidumo sluoksnyje visuomet yra didesnė nei pradinė priemaių koncentracija. Kitokio laidumo puslaidininkio sluoksnį su bet kokia priemaių koncentracija galima sudaryti epitaksijos būdu.

Epitaksijos metu vir puslaidininkio ploktelės (padėklo) praleid˛iamas dujų srautas. Padėklo paviriuje auktoje (apie 1200 ⁰C) temperatūroje vyksta cheminė reakcija tarp srautą sudarančių med˛iagų (silicio tetrachlorido SiCl₄ ir vandenilio H₂). Reakcijos metu isiskyrę silicio atomai lieka ant padėklo paviriaus (4 pav.). Tvarkingai isidėstę ant padėklo jie sudaro sluoksnį, kuris pratęsia padėklo kristalinę gardelę. Įmaiius į dujų srautą junginius su priemaių atomais (pvz., BCl₃ ar PCl₃), galima u˛auginti n, p, taip pat n^– p bei n⁺, p⁺ puslaidininkių sluoksnius. Čia minusas ˛ymi, kad puslaidininkis yra silpnai legiruotas, pliusas reikia, kad priemaios koncentracija didelė.

Kartais puslaidininkiniams diodams tikslinga naudoti sudėtingus puslaidininkinius darinius, formuojamus epitaksine-difuzine technologija. Taikant ią technologiją ant n⁺ tipo silicio padėklo u˛auginamas epitaksinis n^– silicio sluoksnis. Terminės priemaių difuzijos būdu į į sluoksnį įvedus akceptorinių priemaių, pavirinė epitaksinio sluoksnio dalis paverčiama p puslaidininkiu (5 pav.).

Ploktinio diodo pn sandūros plotas gali būti didelis. Tada diodas gali praleisti stiprią srovę. Tačiau, jeigu sandūros plotas didelis, sandūros elektrinė talpa yra didelė, o diodo da˛ninės savybės prastos. Ma˛o ploto pn sandūroms sudaryti buvo sukurtos mezatechnologijos ir planariosios technologijos.

Diodų mezadarinių gamybą iliustruoja 6 paveikslas. Kaip padėklas naudojamas n silicis. Terminės priemaių difuzijos būdu padėklo paviriuje sudaromas p silicio sluoksnis. Po to puslaidininkio pavirius padengiamas silicio dioksido SiO₂ sluoksniu. Fotolitografijos būdu silicio dioksido sluoksnis nuo paviriaus dalies nuėsdinamas. Likęs SiO₂ sluoksnis naudojamas kaip apsauginis, ėsdinant silicį. Po ėsdinimo gautas darinys atvaizduotas 6 paveiksle. Paalinus silicio dioksido sluoksnį, puslaidininkinė ploktelė dalinama į lustus su nedidelio ploto pn sandūromis.

Naudojant planariąją technologiją, puslaidininkinis darinys formuojamas apdorojant virutinį plokčią padėklo pavirių. Kai taikoma planarioji epitaksinė-difuzinė technologija, ant n⁺ silicio padėklo u˛auginamas n^– silicio sluoksnis. Po to paviriuje sudaromas silicio dioksido sluoksnis ir jame fotolitografijos būdu atidaroma anga, per kurią vykdoma terminė priemaių difuzija. Perkompensavus pradines priemaias, sudaroma p laidumo sritis (7 pav.). Planariųjų darinių sričių ivadus galima jungti prie vienos lusto pusės.

Kartais vietoj pn sandūrų dioduose naudojamos metalo ir puslaidininkio sandūros su otkio barjerais. otkio epitaksinio mezadarinio struktūra atvaizduota 8 paveiksle. Metalo sluoksnis ant tinkamai apdoroto puslaidininkio paviriaus u˛garinamas vakuume.

Mikrobangų ir lazeriniuose dioduose naudojamos įvairialytės sandūros. Jas isamiau aptarsime vėliau.

Puslaidininkiniai diodai naudojami kintamosios srovės lygintuvuose, detektoriuose, impulsinėse grandinėse, o kartais net kaip generatorių ir stiprintuvų aktyvieji elementai.

2. Lygintuviniai diodai

Kintamosios srovės lygintuvuose srovės lyginimui panaudojama ventilinė puslaidininkinių diodų savybė. Lygintuvams geriausiai tiktų idealūs ventiliai, kurių voltamperinė charakteristika atvaizduota 9 paveiksle, a. Realūs puslaidininkiniai diodai, kaip ˛inome, atsiveria tik tuomet, kai tiesioginė įtampa tampa didesnė nei slenkstinė įtampa (9 pav., b). i įtampa priklauso nuo puslaidininkio.

Svarbiausieji lygintuvinio diodo parametrai – tai did˛iausia leid˛iamoji tiesioginė srovė ir did˛iausia leid˛iamoji atgalinė įtampa. Jas riboja pn sandūros perkaitimas ir pramuimas. Diodai, kurių maksimali leid˛iamoji srovė stipresnė nei 10 A, vadinami lygintuviniais galios diodais. Galios dioduose naudojamos didelio ploto pn sandūros. Srovės tankis sandūroje būna iki 200 A/cm². Siekiant geriau isklaidyti sandūroje isiskiriančią ilumą, naudojami radiatoriai, kartais net priverstinis auinimas. Leid˛iamasis silicio sandūrų perkaitimas yra didesnis nei germanio, nes silicio draud˛iamoji juosta yra platesnė.

Lygintuvinis diodas ma˛iau kaista, jeigu jam panaudotas n⁺n^–p darinys, kurio n⁺ pagrindas pasi˛ymi ma˛a var˛a. Stiprias sroves galima lyginti sujungus du ar daugiau diodų lygiagrečiai. Siekiant padidinti atsparumą elektriniam pramuimui, lygintuviniams diodams naudojami p^–n arba pin dariniai su plačiomis pn sandūromis. Auktoms įtampoms lyginti naudojami lygintuviniai stulpeliai, sudaryti i nuosekliai sujungtų pn sandūrų. Jų atgalinė įtampa būna iki deimčių kilovoltų. Gaminami ir kitokie diodų blokai, pavyzd˛iui, blokai, kuriuose diodai sujungti pagal lygintuvinio tiltelio schemą.

Kai diodas naudojamas grandinėje, kur veikia nuolatinė ir kintamoji įtampos, diodo var˛a nuolatinei srovei ir var˛a kintamajai srovei yra nevienodos.

Var˛a nuolatinei srovei (statinė var˛a) randama pagal formulę:

; (1)

čia ir – diodo įtampos ir srovės nuolatinės dedamosios.

Var˛a silpnai kintamajai srovei (dinaminė, diferencialinė var˛a) ireikiama formule:

; (2)

čia ir – įtampos pokytis ir jį atitinkantis srovės pokytis diodo darbo tako aplinkoje.

1 u˛duotis

Per germanio sandūrą 300 K temperatūroje teka 100 mA soties srovė. Apskaičiuokime sandūros statinę ir dinaminę var˛as, kai veikia 0,2 V tiesioginė įtampa.

Sprendimas

Kai veikia tiesioginė įtampa, per sandūrą teka srovė

Tada diodo statinė var˛a

Diferencijuodami pn sandūros voltamperinės charakteristikos iraiką gauname:

Tada

3. Puslaidininkiniai stabilitronai

Prasidėjus pn sandūros elektriniam pramuimui, pn sandūros įtampa, kaip ˛inome, ma˛ai kinta, nors sandūros atgalinė srovė stiprėja. i pn sandūros savybė panaudojama puslaidininkiniuose (silicio) stabilitronuose, skirtuose nuolatinei įtampai stabilizuoti.

Puslaidininkinių stabilitronų darbo įtampa būna nuo 3 iki 400 V, did˛iausia sklaidomoji galia – nuo imtų milivatų iki deimčių vatų. Siekiant suma˛inti temperatūrinį įtampos koeficientą, kartais stabilitronuose nuosekliai sujungiamos kelios pn sandūros. Pavyzd˛iui, su ma˛ai legiruota plačia sandūra, kurioje vyksta griūtinis pramuimas, nuosekliai jungiamos kelios pn sandūros tiesiogine kryptimi. Kylant temperatūrai, griūtinio pramuimo įtampa didėja, o tiesiogine kryptimi įjungtų pn sandūrų įtampos ma˛ėja. Taip galima gauti ma˛ą temperatūrinį stabilizuojamos įtampos koeficientą.

Ma˛oms įtampoms stabilizuoti naudojami stabistoriai – puslaidininkiniai diodai, įjungti tiesiogine kryptimi. Jų įtampos temperatūrinis koeficientas neigiamas.

4. Auktada˛niai diodai

Auktada˛niais vadinami diodai, taikomi plačiame da˛nių diapazone (iki kelių imtų megahercų) lyginti srovę, detektuoti signalus ir atlikti kitokias virpesių apdorojimo funkcijas.

Diodo ekvivalentinė grandinė silpnai kintamajai srovei atvaizduota 10 paveiksle, a. Joje – pn sandūros dinaminė var˛a, – sandūros talpa, – p ir n sričių, esančių u˛ pn sandūros ribų (diodo bazės ir emiterio) var˛a, – nuotėkio var˛a.

Bazės var˛a paprastai būna daug didesnė u˛ emiterio var˛ą. Todėl var˛ą nulemia bazės var˛a .

Pagal (2) ir (4.27) formules pn sandūros dinaminė var˛a ireikiama formule:

. (3)

I ios formulės matyti, kad pn sandūros dinaminė var˛a priklauso nuo difuzinės srovės . Kai , difuzinė srovė neteka, ir idealios pn sandūros dinaminė var˛a yra be galo didelė.

pn sandūros talpa susideda i barjerinės ir difuzinės talpų, kurios priklauso nuo įtampos.

Jeigu veikia ne tik kintamoji įtampa, bet ir nuolatinė atgalinė įtampa, tai diodo pn sandūros dinaminė var˛a būna didelė, o difuzinė talpa lygi nuliui. Tada diodo ekvivalentinės grandinės schema tampa paprastesnė, sudaryta i nuosekliai sujungtų bazės var˛os ir barjerinės talpos . Taigi diodo da˛nines savybes lemia laiko konstanta . Ma˛inant ią konstantą galima iplėsti diodo darbo da˛nių diapazoną.

Diodo sandūros barjerinę talpą galima suma˛inti ma˛inant pn sandūros plotą. i diodų da˛ninių savybių gerinimo galimybė panaudojama takiniuose, mikrolydytiniuose dioduose, mezadioduose ir planariuosiuose dioduose. Jeigu ploktinio diodo bazės skerspjūvio plotas lygus pn sandūros plotui, tai ma˛ėjant sandūros plotui, didėja bazės var˛a, ir laiko konstanta gali nesuma˛ėti.

Var˛a suma˛ėja, padidinus bazėje priemaių koncentraciją. Tačiau, esant didesnei priemaių koncentracijai, pn sandūra tampa plonesnė. Kai pn sandūra plonesnė, jos barjerinė talpa yra didesnė, o pramuimo įtampa – ma˛esnė. Taigi tenka iekoti kitų laiko konstantos ma˛inimo būdų.

Ploktinių diodų bazės var˛ą ir sandūros barjerinę talpą pavyksta suma˛inti, panaudojant epitaksine-difuzine technologija sudarytus n⁺n^–p darinius (5 pav.). Juose silpnai legiruota n^– bazės sritis esti plona, todėl bazės var˛a ma˛a. pn sandūra susidaro tarp silpnai legiruotų sričių, taigi ji yra stora, jos barjerinė talpa ma˛a, o pramuimo įtampa pakankamai didelė.

Nagrinėjant mikrobangų puslaidininkinių diodų savybes, reikia atsi˛velgti ne tik į diode panaudoto puslaidininkinio lusto parametrus, bet ir į diodo ivadų parazitinį induktyvumą bei parazitinę talpą tarp ivadų . Mikrobangų srityje naudojami otkio ir takiniai diodai. Siekiant, kad būtų ma˛esnis kontakto plotas, takinių diodų metalinė adata nusmailinama. Kontaktas elektriniu būdu neformuojamas, taigi naudojamas metalo-puslaidininkio kontaktas. Siekiant suma˛inti induktyvumą ir talpą , mikrobangų detektoriniai ir kiti diodai gaminami be vielinių ivadų.

5. Varikapai

pn sandūros barjerinė talpa priklauso nuo atgalinės įtampos. Remiantis ia pn sandūros savybe buvo sukurti varikapai – kintamosios talpos diodai, dar vadinami varaktoriais. Taigi varikapai yra puslaidininkiniai diodai, naudojami kaip elektrinio valdymo kondensatoriai, jų talpa valdoma keičiant sandūros atgalinę įtampą.

Varikapo savybes apibūdina voltfaradinė charakteristika . Ji priklauso nuo pn sandūros sudarymo būdo ir tipo. Svarbiausi varikapo parametrai – tai maksimali talpa , minimali talpa ir koeficientas . Maksimali varikapų talpa būna iki kelių imtų pikofaradų, koeficientas – iki 5, kartais net iki 10.

Dar vienas svarbus varikapo parametras yra jo elektrinė kokybė , kurią lemia reaktyviosios ir aktyviosios var˛ų santykis:

. (4)

Varikapo kokybė priklauso nuo jo, kaip auktada˛nio diodo, ekvivalentinės grandinės (10 pav.) parametrų. Tiesa, kai veikia atgalinė įtampa, pn sandūros dinaminė var˛a yra labai didelė, todėl jos galima nepaisyti.

Kai da˛nis ˛emas, var˛a yra ma˛a lyginant su likusios grandinės dalies var˛a, todėl varikapo ekvivalentinės grandinės schema tampa dar paprastesnė (11 pav., a). Tada, u˛raę grandinės pilnutinės var˛os iraiką ir radę ios var˛os dedamąsias, pagal (4) formulę gautume:

. (5)

Kai da˛nis auktas, talpos var˛a tampa ma˛a, ir galima nepaisyti nuotėkio var˛os įtakos (11 pav., b). Tada

. (6)

Taigi varikapo kokybę lemia nuotėkio var˛a ir bazės var˛a. I formulių (5) ir (6) matyti, kad, kylant da˛niui, kokybė didėja, pasiekia maksimalią vertę ir paskui auktų da˛nių srityje, kai lemiamos įtakos turi bazės var˛a, ma˛ėja.

Varikapai naudojami elektriniu būdu derinamuose radijo ir televizinių imtuvų virpamuosiuose kontūruose, parametriniuose stiprintuvuose ir kituose įtaisuose, kur reikia elektriniu būdu valdomų nedidelių talpų.

Impulsiniai diodai

Impulsiniai diodai naudojami impulsinės technikos įtaisuose. Impulso frontai ilieka statūs, jeigu grandinės praleid˛iamųjų da˛nių juosta plati. Taigi impulsiniai diodai turi būti auktada˛niai.

Kad isiaikintume puslaidininkinio diodo impulsinės veiksenos ypatumus, panagrinėkime diodu tekančią srovę, kai, veikus tiesioginei įtampai, staiga pakeičiamas įtampos polikumas (12 pav., a).

Sakykime, kad priemaių koncentracija diodo n srityje – emiteryje – daug kartų didesnė u˛ priemaių koncentraciją p srityje – bazėje. Tada, veikiant tiesioginei įtampai, vyksta elektronų difuzija per pn sandūrą ir jų injekcija į bazę. Tekant tiesioginei srovei, pn sandūroje ir diodo bazėje yra daug nepusiausvirųjų skylių ir elektronų (13 pav.). Todėl laiko momentu staiga pasikeitus įtampos polikumui, per sandūrą teka stipri atgalinė srovė (12 pav., b). ios srovės stiprį riboja tik diodo bazės ir grandinės, kurioje diodas įjungtas, var˛os. Tekant stipriai atgalinei srovei, elektronai, kaip alutiniai krūvininkai, ekstrahuojami (itraukiami, isiurbiami) i bazės, ir pn sandūra plečiasi. Tuo pat metu, ˛inoma, vyksta ir rekombinacija. Dėl ių reikinių nepusiausvirųjų krūvininkų ma˛ėja, ir, praėjus tam tikram laikui , diodo atgalinė srovė pradeda silpnėti (12 pav., b). Prabėgus laikui , nepusiausvirųjų krūvininkų koncentracija pn sandūros aplinkoje suma˛ėja ir atsikuria didelė diodo atgalinė var˛a.

I aptarimo aiku, kad diodas gali atlikti ventilio funkcijas tik tuomet, kai atgalinės įtampos impulso trukmė daug ilgesnė u˛ laiko tarpą , per kurį atsikuria sandūros atgalinė var˛a. Kitaip tariant impulsinis diodas turi tenkinti sąlygą:

; (7)

čia – virpesių periodas, – da˛nis.

Siekiant pagreitinti atgalinės var˛os atsistatymą ir padidinti impulsinių diodų veikimo spartą, reikia ma˛inti pn sandūros difuzinę talpą. Tai galima padaryti ma˛inant krūvininkų gyvavimo trukmę ir alutinių krūvininkų bazėje sukurtą krūvį.

Siekiant suma˛inti krūvininkų gyvavimo trukmę, puslaidininkis legiruojamas specialiomis priemaiomis, da˛niausiai auksu. Aukso atomai įsiterpia tarp puslaidininkio kristalinės gardelės mazgų. Dėl susidariusių gardelės defektų suma˛ėja krūvininkų laisvasis kelias ir gyvavimo trukmė.

alutinių krūvininkų ekstrakcijos trukmę pavyksta suma˛inti pn darinių gamyboje taikant difuzinę bei epitaksinę-difuzinę technologijas. Difuzinio diodo bazėje dėl netolygaus priemaių pasiskirstymo susikuria elektrinis laukas, stabdantis alutinių krūvininkų difuziją. Tada alutiniai krūvininkai kaupiasi prie pn sandūros. Pradėjus veikti atgalinei įtampai, jie greičiau ekstrahuojami. Epitaksijos ir difuzijos būdu sudarytuose n⁺n^–p dariniuose silpnai legiruotas bazės sluoksnis yra plonas. Tekant difuzinei srovei, krūvininkai į sluoksnį greitai įveikia ir n⁺ srityje greitai rekombinuoja. Kai prie pn sandūros nepusiausvirasis krūvis ma˛esnis, jis greičiau ekstrahuojamas.

Didele veikimo sparta pasi˛ymi otkio diodai. Kaip jau ˛inome, jiems būdinga labai vertinga savybė: tekant tiesioginei srovei, įveikę metalo-puslaidininkio sandūrą puslaidininkio elektronai patenka į metalą, taigi nėra alutinių krūvininkų injekcijos ir kaupimo.

Impulsinių diodų veikimo sparta priklauso ir nuo barjerinės talpos. Todėl pageidautina, kad impulsinio diodo pn sandūros plotas būtų ma˛as.

Impulsiniams diodams keliamus reikalavimus geriausiai tenkina takiniai, mikrolydytiniai diodai, difuziniai mezadiodai, epitaksiniai-difuziniai planarieji diodai, otkio mezadiodai.

Kadangi dėl stabdančio elektrinio lauko difuziniuose dioduose alutiniai krūvininkai kaupiasi ploname bazės sluoksnyje, pasibaigus alutinių krūvininkų ekstrakcijai, atgalinė srovė staiga silpnėja. i difuzinių diodų savybė panaudojama formuoti impulsams su labai trumpais frontais. Tam tikslui skirti diodai vadinami krūvio kaupimo diodais. Krūvio kaupimo diodų pn dariniai formuojami taikant difuzinę, epitaksinę-difuzinę bei planariąsias technologijas.

7. Tuneliniai ir atvirktiniai diodai

1958 metais L. Esakis (Esaki) pastebėjo, kad, esant labai didelėms priemaių koncentracijoms p ir n srityse, pn sandūros voltamperinė charakteristika yra anomali (14 pav., a). Charakteristikos anomaliją lemia tunelinė srovė.

Kai priemaių koncentracija virija 10¹⁸ cm^–3, puslaidininkis isigimsta. Priemaiiniai lygmenys sudaro leid˛iamąsias juostas. I donorinių lygmenų sudaryta juosta persikloja su laidumo juosta; isigimusiame n puslaidininkyje Fermio lygmuo yra laidumo juostoje (2.21 pav., a). Juosta, sudaryta i akceptorinių lygmenų persikloja su valentine juosta; isigimusiame p puslaidininkyje Fermio lygmuo yra valentinėje juostoje (2.21 pav., b).

Isigimusių puslaidininkių sandūra esti labai plona (0,01 mm). 15 paveiksle atvaizduota tokia sandūra ir jos energijos lygmenų diagramos, atitinkančios 14 paveiksle, a, pa˛ymėtus keturis voltamperinės charakteristikos takus.

Kai neveikia iorinė įtampa, Fermio lygmuo yra bendras visam dariniui (15 pav., b). Per sandūrą srovė neteka.

Prijungus atgalinę įtampą, prie elektronų u˛imtus valentinės juostos lygmenis atsiranda neu˛imtų laidumo juostos lygmenų (15 pav., c). Kadangi iuos lygmenis skiria labai plonas potencialo barjeras, tai elektronai i p srities valentinės juostos tuneliniu būdu skverbiasi į n srities laidumo juostą. Didėjant atgalinei įtampai, prie u˛imtus lygmenis atsiduria vis daugiau laisvų lygmenų. Todėl tunelinė srovė ir pn sandūros atgalinė srovė sparčiai stiprėja.

Pradėjus veikti tiesioginei įtampai, prie elektronų u˛imtus laidumo juostos lygmenis atsiranda neu˛imtų valentinės juostos lygmenų. Kylant įtampai, tokių lygmenų daugėja ir jų skaičius pasiekia maksimumą (15 pav., d) voltamperinės charakteristikos 2 take.

Toliau kylant tiesioginei įtampai, ima ma˛ėti lygmenų, esančių prie neu˛imtus leid˛iamuosius energijos lygmenis, skaičius. Atitinkamai kinta ir tunelinė srovė. 15 paveiksle, e, atvaizduota pn sandūros energijos lygmenų diagrama, atitinkanti voltamperinės charakteristikos 3 taką. iame take tunelinė srovė neteka, tačiau tiesioginė sandūros srovė nelygi nuliui. Taip yra todėl, kad, veikiant tiesioginei įtampai, sandūroje suma˛ėja potencialo barjero auktis ir pradeda tekėti difuzinė srovė. Kylant tiesioginei įtampai, ji stiprėja.

Taigi isigimusių puslaidininkių pn sandūros voltamperinės charakteristikos eigą lemia tunelinė ir difuzinė srovės. Tai iliustruoja 14 paveikslas, b, kuriame atvaizduotos tunelinės ir difuzinės srovių priklausomybės nuo įtampos. Sumuodami ias sroves, gauname tunelinio diodo voltamperinę charakteristiką, atvaizduotą 14 paveiksle, a.

Tunelinio diodo voltamperinės charakteristikos dalyje tarp 2 ir 3 takų dinaminė var˛a yra neigiama. Todėl tunelinius diodus galima naudoti silpniems elektriniams virpesiams stiprinti ir generuoti. Tekant tunelinei srovei, elektronai tiesiai i n srities laidumo juostos patenka į p srities valentinę juostą, taigi nesikaupia alutiniai krūvininkai. Todėl tuneliniai diodai pasi˛ymi didele veikimo sparta ir yra naudojami formuoti trumpų frontų impulsus. Dėl gerų da˛ninių savybių tuneliniai diodai naudojami mikrobangų įtaisuose.

Parinkus ma˛esnę priemaių koncentraciją, galima pasiekti, kad n srityje Fermio lygmuo sutaptų su laidumo juostos dugnu, o p srityje – su valentinės juostos virumi (16 pav., a). Tada tunelinė srovė teka tik veikiant atgalinei įtampai, ir gaunama 16 paveiksle, b, atvaizduota diodo voltamperinė charakteristika. Kaip matyti, kai veikia nedidelė įtampa, diodo atgalinė srovė esti stipresnė nei tiesioginė. Diodo atgalinė var˛a yra daug ma˛esnė u˛ jo var˛ą tiesiogine kryptimi. Todėl toks diodas vadinamas atvirktiniu diodu. Atvirktiniai diodai taikomi silpnų auktada˛nių signalų apdorojimo įtaisuose, pavyzd˛iui, detektoriuose.

8. Ivados

Takinį diodą sudaro puslaidininkio lustas, prie kurio prispausta metalinė adata. Ploktinių diodų gamyboje taikomos įlydimo, difuzinė, epitaksinė-difuzinė, planarioji ir kitos technologijos. Kartais vietoje pn sandūrų dioduose naudojamos metalo-puslaidininkio sandūros su otkio barjerais.

Puslaidininkinių diodų veikimas pagrįstas ventiline pn sandūros savybe. Puslaidininkiniuose stabilitronuose, skirtuose nuolatinei įtampai stabilizuoti, panaudojami tunelinis ir griūtinis pn sandūros pramuimai. Ma˛oms įtampoms stabilizuoti naudojami stabistoriai – puslaidininkiniai diodai, įjungti tiesiogine kryptimi. Varikapuose panaudojama pn sandūros barjerinės talpos priklausomybė nuo atgalinės įtampos.

Lygintuviniuose dioduose naudojamos didelio ploto pn sandūros. Siekiant geriau sklaidyti sandūrose isiskiriančią ilumą, lygintuviniai galios diodai montuojami ant radiatorių, o kartais net priverstinai auinami. Siekiant padidinti leid˛iamąją atgalinę įtampą, panaudojami pin diodai su plačiomis pn sandūromis. Auktoms įtampoms lyginti naudojami lygintuviniai stulpeliai, sudaryti i nuosekliai sujungtų pn sandūrų.

Auktada˛nis diodas turi turėti ma˛ą bazės var˛ą ir ma˛ą pn sandūros barjerinę talpą. Ma˛ą ploktinių pn sandūrų barjerinę talpą ir ma˛ą bazės var˛ą pavyksta gauti panaudojant epitaksine-difuzine technologija sudarytus planariuosius n⁺n^–p darinius. Mikrobangų ruo˛e naudojami otkio ir takiniai diodai.

Impulsinių diodų veikimo spartą riboja alutinių krūvininkų ekstrakcijos i diodo bazės ir diodo atgalinės var˛os atsistatymo procesai. Siekiant pagreitinti atgalinės var˛os atsistatymą, reikia ma˛inti pn sandūros difuzinę talpą. Kaip ma˛os galios impulsiniai diodai naudojami takiniai diodai, difuziniai mezadiodai, epitaksiniai-difuziniai planarieji diodai. Didelė veikimo sparta būdinga otkio diodams, kuriuose, tekant tiesioginei srovei, nesikaupia alutiniai krūvininkai.

Tuneliniuose dioduose naudojamos plonos pn sandūros, susidarančios tarp stipriai legiruotų p ir n sričių. Dėl tunelinės srovės tunelinio diodo voltamperinė charakteristika yra anomali ir turi krintančią dalį, kurioje diodo dinaminė var˛a yra neigiama. Tekant tunelinei srovei, nesikaupia alutiniai krūvininkai, todėl tuneliniai diodai pasi˛ymi didele veikimo sparta.

9. Kontroliniai klausimai ir u˛duotys

Kaip gaminami takiniai diodai?

Kas būdinga ploktiniams diodams? Ivardinkite jų gamybos technologijas.

Kaip pn sandūros sudaromos terminės priemaių difuzijos būdu?

Aptarkite epitaksijos technologiją ir jos taikymą pn dariniams formuoti.

Kaip gaminami mezadiodai? Kokiomis savybėmis jie pasi˛ymi?

Aptarkite planariosios technologijos esmę ir planariųjų epitaksinių-difuzinių diodų savybes.

Aptarkite lygintuvinių ir lygintuvinių galios diodų ypatumus.

Nubrai˛ykite auktada˛nio diodo ekvivalentinės grandinės schemą. Aptarkite, kas lemia diodo da˛nines savybes.

Aptarkite diodų da˛ninių savybių gerinimo būdus.

Silicio diodo soties srovė 125 ^oC temperatūroje yra 30 mA. Apskaičiuokite diodo statinę ir dinaminę var˛as, kai veikia 0,2 V tiesioginė ir atgalinė įtampos.

Ats.: 20 W, 6,7 kW W , 390 kW

Iveskite diodo statinės ir dinaminės var˛ų iraikas, įvertindami diodo bazės var˛ą .

Paaikinkite puslaidininkinio stabilitrono veikimą. Aptarkite, kas lemia stabilitrono įtampos temperatūrinį koeficientą. Kaip pavyksta jį suma˛inti?

Kokia varikapų paskirtis? Aptarkite jų parametrus. Paaikinkite nuo ko ir kaip priklauso varikapo elektrinė kokybė.

Diodo bazės var˛a – 10 W jo pn sandūros barjerinė talpa – 5 pF. Įvertinkite diodo darbo da˛nių juostą.

Kokie procesai riboja impulsinio diodo veikimo spartą?

Kaip pavyksta suma˛inti diodo atgalinės var˛os atsistatymo trukmę?

Kodėl didelė veikimo sparta būdinga otkio diodams?

Įvertinkite diodo darbo da˛nių diapazoną, jeigu ˛inoma, kad diodo atgalinė var˛a atsistato per 4 ns.

Ats.: 25 MHz.

Kas būdinga tunelinio diodo pn sandūrai?

I kokių dedamųjų susideda tunelinio diodo srovė?

Sudarykite tunelinio diodo pn sandūros energijos lygmenų diagramą.

Aptarkite, kaip ir kodėl tunelinė srovė priklauso nuo įtampos.

Kodėl tuneliniai diodai pasi˛ymi didele veikimo sparta? Kam jie taikomi?

Kas būdinga atvirktinio diodo sandūrai ir voltamperinei charakteristikai?

Pusl.diodai 2001.05.24 14:33 2001.10.18 14:49 2001.11.10

Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Vizualizari: 4508
Importanta:

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Distribuie URL
https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/255/PUSLAIDININKINIAI-DIODAI22654.php

Adauga cod HTML in site
<a href="https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/255/PUSLAIDININKINIAI-DIODAI22654.php" target="_blank" title=" - https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/255/PUSLAIDININKINIAI-DIODAI22654.php">PUSLAIDININKINIAI DIODAI</a>

PUSLAIDININKINIAI DIODAI

elektra

DOCUMENTE SIMILARE

PUSLAIDININKINIAI DIODAI

1. Diodų pn sandūrų sudarymo būdai

2. Lygintuviniai diodai

3. Puslaidininkiniai stabilitronai

4. Auktada˛niai diodai

5. Varikapai

Impulsiniai diodai

7. Tuneliniai ir atvirktiniai diodai

8. Ivados

9. Kontroliniai klausimai ir u˛duotys

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comenteaza documentul:

4. Auktada˛niai diodai

7. Tuneliniai ir atvirktiniai diodai

8. Ivados