На основе использования свойств р-n-перехода в настоящее
время создано множество различных типов полупроводниковых
диодов.
Выпрямительные диоды предназначены для преобразования пе-
ременного тока в постоянный.Их основные параметры: I__Їа max
__-__¬ ЄбЁ¬ “мл© Їаאַ© в®Є__; __V__Їа_^^&-__- Ї ¤ҐЁҐ Їа殮Ёп ¤Ё®¤Ґ
ЇаЁ Їаאַ¬ ᬥ饨Ё Ё § ¤ ®¬ в®ЄҐ;I__®Ўа__ __-__в®Є зҐаҐ§ ¤Ё®¤ ЇаЁ
®Ўа ⮬ ᬥ饨Ё Ё § ¤ ®¬ Їа殮ЁЁ;V__®Ўа max__ - ¬ ЄбЁ-
¬ “쮥 ®Ўа ⮥ Їа殮ЁҐ; f-¤Ё Ї §он частот,в котором
выпрямленный ток не снижается меньше заданного уровня.
По величине выпрямленного тока выпрямительные диоды
малой(I__Їа < 0,3Ђ),__б।Ґ© (0,3 A <I__Їа >10 Ђ) __Ё Ў®“ми®© (I__Їа
__>10A)__ ¬®й®бвЁ. „“п ᮧ¤ Ёп ўлЇаﬨ⥓мле ¤Ё®¤®ў ЇаЁ¬Ґ-
повбп Ї“®бЄ®бвлҐ p-n-ЇҐаҐе®¤л,Ї®“гзҐлҐ бЇ“ ў“ҐЁҐ¬ Ё
¤Ёддг§ЁҐ©.‚лб®ЄЁҐ § 票п I__Їа__ ®ЎҐбЇҐзЁў овбп ЁбЇ®“짮ў -
ЁҐ¬ p-n-ЇҐаҐе®¤®ў б Ў®“ми®© Ї“®й ¤мо.
Ѓ®“миЁҐ § 票п V__®Ўа__ max ¤®бвЁЈ овбп ЁбЇ®“짮ў ЁҐ¬ ў Є -
честве базы диода материала с высоким удельным сопротивле-
нием.Наибольшие значения V__®Ўа__ max ¬®Јгв Ўлвм Ї®“гзҐл ЇаЁ
ЁбЇ®“짮ў ЁЁ p-i-n-¤Ё®¤ ,в Є иЁаЁ ®Ў“ бвЁ ®ЎкҐ¬®Ј® § ап-
¤ ў Ґ¬ ЁЎ®“ми п, б“Ґ¤®ў ⥓м®, ЁЎ®“м襥 Ё § 票Ґ
Їа殮ЁҐ Їа®Ў®п.’ Є Є Є б Ё§¬ҐҐЁҐ¬ ⥬ЇҐа вгал V__®Ўа__ max
Ё§¬ҐпҐвбп, в® ҐЈ® § 票Ґ ¤ Ґвбп ¤“п ®ЇаҐ¤Ґ“Ґ®© ⥬ЇҐа -
вгал (®Ўлз® Є®¬ вго) .
ЏаЁ Ў®“миЁе IЇа ў ¤Ё®¤Ґ, ўб“Ґ¤бвўЁҐ Ї ¤ҐЁп Їа殮Ёп
Ґ¬, ўл¤Ґ“пҐвбп ⥯“®.Џ®н⮬㠢лЇаﬨ⥓мные диоды отличают-
ся от остальных типов диодов большими размерами корпуса и
внешних выводов для улучшения теплоотвода.
Выпрямительные диоды изготавливают в настоящее время в ос-
новном из кремния и германия.Кремниевые диоды позволяют по-
лучать высокие обратные напряжения пробоя, так как удельное
сопротивление собственного кремния (p 10 Ом см) много
больше удельного сопротивления собственного германия(p 50 Ом
см).Кроме этого, кремниевые диоды оказываются работоспособ-
ными в большем интервале температур (-60...+125С),поскольку
ширина запрещенной зоны в кремнии(1,12эВ)больше, чем в гер-
мании(0,72эВ), а следовательно, обратный ток меньше(1,46).
Германиевые диоды работоспособны в меньшем интервале темпе-
ратур(-60...+85C),однако их выгоднее применять при выпрямле-
нии низких напряжений, так как V__Їа__ ¤“п ЈҐа¬ ЁҐўле
¤Ё®¤®ў(0,3...0,8 B ) ¬ҐмиҐ , 祬 ¤“п ЄаҐ¬ЁҐўле(¤®
1,2‚).‘“Ґ¤®ў ⥓м®, ¬ҐмиҐ Ўг¤Ґв Ё ¬®й®бвм, а бᥨў Ґ¬ п
ўгваЁ ЈҐа¬ ЁҐў®Ј® ¤Ё®¤ .
Полупроводниковые диоды, на вольт-амперной характеристи-
ке которых имеется участок со слабой зависимостью напряже-
ния от тока,называются стабилитронами.Таким участком являет-
ся участок пробоя p-n-перехода.Для изготовления стабилитро-
нов используют кремний, так как обратный ток кремниевых дио-
дов, по сравнению с германиевыми, меньше зависят от темпера-
туры,а следовательно, вероятность теплового пробоя в них
меньше и напряжение на участке пробоя (лавинного или тун-
нельного)почти не изменяется с изменением тока.
Основные параметры стабилитронов:V__бв__- Їа殮ЁҐ бв ЎЁ“Ё§ -
жЁЁ;Iбв min-¬ЁЁ¬ “мл© в®Є,б Є®в®а®Ј® зЁ Ґвбп бв ЎЁ“Ё§ -
жЁп Їа殮Ёп;R__¤__=dV/dI-¤ЁддҐаҐжЁ “쮥 б®Їа®вЁў“ҐЁҐ (ў
а Ў®зҐ© в®зЄҐ);R__бв в__=V/I-бв вЁзҐбЄ®Ґ б®Їа®вЁў“ҐЁҐ (ў а Ў®-
祩 в®зЄҐ); Q=R¤/R__бв в__-Є®нддЁжЁҐв Є зҐбвў ;
’ЌЉ=(1/V__бв__)(dV__бв__/dT)-⥬ЇҐа вгал© Є®нддЁжЁҐв Їа殮Ёп
бв ЎЁ“Ё§ жЁЁ.
‘в ЎЁ“Ёва®л Ё§Ј®в ў“Ёў овбп б а §“Ёзл¬Ё § 票ﬨ
Vбв,®т 3 до 200 В.
Для диодов с V__бв__>7‚ иЁаЁ p-n-ЇҐаҐе®¤
¤®бв в®з® ўҐ“ЁЄ Ё ¬Ґе Ё§¬ Їа®Ў®п “ ўЁл©. ‘ а®б⮬ ⥬-
ЇҐа вгал ®Ўа вл© в®Є ¤Ё®¤ 㢥“ЁзЁў Ґвбп, в Є-¦Ґ 㢥“ЁзЁ-
ў Ґвбп Ё Їа殮ЁҐ Їа®Ў®п. ќв® ®Ўгб“®ў“Ґ® ⥬, з⮠⥯“®-
ў®Ґ а ббҐпЁҐ 㢥“ЁзЁў Ґвбп, ¤“Ё бў®Ў®¤®Ј® Їа®ЎҐЈ ®бЁ-
⥓Ґ© 㬥ми Ґвбп Ё Є p-n-ЇҐаҐе®¤г вॡгҐвбп ЇаЁ“®¦Ёвм
Ў®“м襥 Їа殮ЁҐ, зв®Ўл ®бЁвҐ“Ё § ап¤ Ў®“м襬 ЇгвЁ
(а ў®¬ ¤“ЁҐ бў®Ў®¤®Ј® Їа®ЎҐЈ ) Ўа “Ё ЄЁҐвЁзҐбЄго нҐа-
ЈЁо, ¤®бв в®зую для ионизации.
В диодах с V__бв__<7‚ иЁаЁ p-n-ЇҐаҐе®¤ ¬ “ Ё ап¤г б “ -
ўЁл¬ ¬Ґе Ё§¬®¬ ¤Ґ©бвўгҐв Ё в㥓мл©.
Љ®бвагЄвЁў® бв ЎЁ“Ёва®л Ё§Ј®в ў“Ёў овбп Ї®¤®Ў® ўлЇап-
¬ЁвҐ“мл¬ ¤Ё®¤ ¬, Ё Ёе ¬®¦® ЁбЇ®“짮ў вм ў¬Ґбв® ¤Ё®¤®ў.
__?¬Їг“мблҐ „Ё®¤л
?¬Їг“мбл¬Ё §лў овбп ¤Ё®¤л, Є®в®алҐ ¬®Јгв а Ў®в вм б
ўаҐ¬Ґ ¬Ё ЇҐаҐЄ“о票п 1 ¬Єб Ё ¬ҐмиҐ. ‚лб®Є®з бв®вл¬Ё -
ўлЇаﬨ⥓млҐ ¤Ё®¤л, ЇаҐ¤ § зҐлҐ ¤“п а Ў®вл з бв®-
в е ¤® 150 Њѓж Ё ўлиҐ.
Ѓ®“м讥 ў“ЁпЁҐ е а ЄвҐаЁстики p-n-перехода на высоких
частотах оказывает зарядная емкость. Ее влияние проявляется
в шунтировании p-n-перехода на высоких частотах и ухудшении
выпрямляющих свойств. В импульсных диодах наличие зарядной
емкости приводит к искажению формы импульса. Поэтому им-
пульсные и высокочастотные диоды характеризуются как малым
значением диффузионной емкости так и малым значением заряд-
ной емкости. Малое значение зарядной емкости достигается
уменьшением площади p-n-перехода. Поэтому основная конструк-
тивная задача заключается в уменьшении площади p-n-перехода.
Для изготовления импульсных и высокочастотных диодов
используют германий и кремний. Преимуществом диодов из гер-
мания является малое значение падения напряжения на диоде
при прямом смещении, что существенно при работе диодов при
малых сигналах.
Представляет интерес создание импульсных и высокочастот-
ных диодов на основе гетеропереходов с одним типом проводи-
мости, например, n1-n2.
Если работа выхода электронов
из широкозонного полупроводника
меньше, чем из узкозонного, то
энергетическая диаграмма n1-n2-
гетероперехода может быть пред-
ставлена в виде (Рис. 1)
Рис. 1
При подаче напряжения на гетеропереход, например положи-
тельного на n2, а отрицательного на n1-полупроводник, элек-
троны из n1-полупроводника смогут переходить в n2-полупро-
водник. Через гетеропереход протекает ток, и такую поляр-
ность внешнего напряжения можно назвать прямой.
При обратном смещении электроны из n2-полупроводника бу-
дут скатываться в потенциальную яму перед переходом, пройти
который они не могут, так как перед ними находится потен-
циальный барьер. Обратный ток может образоваться только за
счет туннельного перехода электронов из n2-полупроводника
через потенциальный барьер и за счет перехода дырок из n1- в
n2-полупроводник. Для его уменьшения первый полупроводник
должен быть достаточно сильно легирован, чтобы концентрация
неосновных носителей была мала, а ширина перехода должна
быть достаточно большой, чтобы электроны из n2-полупроводни-
ка не смогли туннелировать через потенциальный барьер.
__„Ё®¤л ?®ввЄЁ
„“п ᮧ¤ Ёп ¤Ё®¤®ў ?®ввЄЁ ЁбЇ®“м§гҐвбп Є®в Єв ¬Ґв “-Ї®-
“гЇа®ў®¤ЁЄ. „Ё®¤л ?®ввЄЁ ®в“Ёз овбп ⥬, зв® Ёе а Ў®в ®б-
®ў ЇҐаҐ®бҐ ®б®ўле ®бЁвҐ“Ґ©. ЏаЁ Їаאַ¬ ᬥ饨Ё
н“ҐЄва®л Ё§ Ї®“гЇа®ў®¤ЁЄ ЇҐаҐе®¤пв ў ¬Ґв ““. ?е нҐаЈЁп
Ў®“миҐ нҐаЈЁЁ н“ҐЄва®®ў ў ¬Ґв ““Ґ. ќ“ҐЄва®л Ё§ Ї®“гЇ-
роводника быстро (примерно за 10 с) теряют на соударениях
свою избыточную энергию и не могут возвратиться в полупро-
водник. В диодах Шоттки не происходит накопления заряда
неосновных носителей (обуславливающее снижение быстродей-
ствия p-n-перехода), поэтому они особенно перспективны для
использования в качестве сверхбыстродействующих импульсных и
высокочастотных диодов. Типичное время восстановления обрат-
ного сопротивления диода Шоттки на основе, например Au-Si,
порядка 10 пс и менее.
__”®в®¤Ё®¤л
…б“Ё Ї®¤ вм ¤Ё®¤ ®Ўа ⮥ ᬥ饨Ґ, ® ¬®¦Ґв ЁбЇ®“짮-
ў вмбп ў Є зҐб⢥ д®в®ЇаЁҐ¬ЁЄ , в®Є Є®в®а®Ј® § ўЁбЁв ®в ®б-
ўҐйҐЁп. ЏаЁ ¤®бв в®з® Ў®“миЁе ®Ўа вле Їа殮Ёпе
ў®“мв- ¬ЇҐа п е а ЄвҐаЁбвЁЄ (аЁб. 2) § ЇЁиҐвбп в Є:
_ I__=-(_ I__ б__+_ I__д)__=-_ I__ б__-_ qc__B_ S__”
в.Ґ. в®Є Ґ § ўЁбЁв ®в
Їа殮Ёп, ®ЇаҐ¤Ґ-
“пҐвбп в®“мЄ® ЁвҐбЁў-
®бвмо ᢥв .
ђЁб. 2
„“п 㢥“ЁзҐЁя чувствительности фотодиода может использо-
ваться эффект лавинного умножения носителей в области объем-
ного заряда p-n-перехода. К недостаткам лавинного фотодиода
следует отнести, во-первых зависимость _ Њ __®в ЁвҐбЁў®бвЁ
ᢥ⠨, ў®-ўв®але, ¦ҐбвЄЁҐ вॡ®ў Ёп Є бв ЎЁ“м®бвЁ ЇЁв о-
饣® Їа殮Ёп (0,01... 0,2 %), в Є-Є Є Є®ндЁжЁҐв 㬮¦Ґ-
Ёп_ Њ __бЁ“м® § ўЁбЁв ®в Їа殮Ёп.
?ҐажЁ®лҐ бў®©бвў д®в®¤Ё®¤®ў ¬®¦® е а ЄвҐаЁ§®ў вм ЇаҐ-
¤Ґ“м®© а Ў®зҐ© з бв®в®© (з бв®в ¬®¤г“пжЁЁ ᢥва, на кото-
рой амплитуда фотоответа уменьшается до 0,7 от
максимальной), постоянной времени фотоответа (определяемой
по времени наростания импульса фотоответа до 0,63 до макси-
мального, при прямоугольном импульсе света), сдвигом фаз
между входным (световым) и выходным (электрическим) сигналом.
В общем случае, инерционность фотодиодов определяется тре-
мя основными параметрами: временем диффузии неравновесных
носителей через базу ; временем их полета через область
объемного заряда p-n-перехода ; RC-постоянной . Время
диффузии носителей через базу определено как:
=W_ __ /2_ D__p
‚аҐ¬п Ї®“Ґв ®бЁвҐ“Ґ© зҐаҐ§ ®Ў“ бвм ®Ў“ бвм ®ЎкҐ¬®Ј® § ап-
¤ (иЁаЁ®© _ d__)_ __¬®¦® ®жҐЁвм Є Є =_ d__/V__max, __Ј¤Ґ V__max __- ¬ Є-
бЁ¬ “м п бЄ®а®бвм ¤ўЁ¦ҐЁп ®бЁвҐ“Ґ© ў н“ҐЄваЁзҐбЄ®¬ Ї®“Ґ,
Є®в®а п ЇаЁ Ў®“миЁе Ї®“пе Ґ § ўЁбЁв ®в Їа殮®бвЁ н“ҐЄ-
ваЁзҐбЄ®Ј® Ї®“п ўб“Ґ¤бвўЁЁ 㬥миҐЁп Ї®¤ўЁ¦®бвЁ ў бЁ“®ўле
Ї®“пе.
‚лб®ЄЁ¬ ЎлбвதҐ©бвўЁҐ¬ обладают фотодиоды на основе
барьера Шоттки. В типичной структуре такого диода через тон-
кую полупрозрачную пленку металла и поглощается в основном в
области объемного заряда полупроводника. Следовательно, ин-
нерционность обуславливается только временами __ i__ Ё __rc__.
Њ “®Ґ § 票Ґ ®Ўгб“ ў“Ёў Ґвбп г§Є®© ®Ў“ бвмо ®ЎкҐ¬®Ј®
§ ап¤ , ҐЎ®“м讥 § 票Ґ Ї®“гз Ґвбп § бзҐв в®Ј®,
з⮠㤥“쮥 б®Їа®вЁў“ҐЁҐ ¬Ґв ““ ¬®Ј® ¬ҐмиҐ, 祬 Ї®“гЇ-
а®ў®¤ЁЄ , Ё ᮮ⢥вб⢥® ¬Ґмше. Основными переносчи-
ками тока через контакт в этом случае являются дырки полуп-
роводника, которые практически мгновенно рекомбинируют с
электронами в металле.
__‘ўҐв®¤Ё®¤л
ќҐаЈҐвЁзҐбЄ®© е а ЄвҐаЁбвЁЄ®© Ё§“гз ойЁе ¤Ё®¤®ў (ᢥв®-
¤Ё®¤®ў) пў“пҐвбп Єў в®ў п нд䥪⨢®бвм, Є®в®а п ®ЇаҐ¤Ґ-
“пҐвбп Є Є ®в®иҐЁҐ зЁб“ Ё§“гз Ґ¬ле ў® ўҐ д®в®®ў Є зЁб-
“г н“ҐЄва®®ў, Їа®е®¤пйЁе зҐаҐ§ p-n-ЇҐаҐе®¤. •®вп нв ўҐ“Ё-
зЁ вҐ®аҐвЁзҐбЄЁ ¬®¦Ґв ¤®бвЁЈ вм 100%, Їа ЄвЁзҐбЄЁ ® Ї®-
ап¤Є 0,1...1%. Это объясняется большой долей безизлуча-
тельных переходов в общем рекомбинационном процессе и малос-
тью доли фотонов, выходящих из светодиода. С понижением тем-
пературы вероятность излучательной рекомбинации растет и
квантовая эффективность увеличивается.
Отличительными особенностями светодиодов по сравнению с
обычными источниками света являются малые размеры, малые ра-
бочие напряжения, высокое быстродействие (__~__10__ __c) Ё Ў®“ми®©
ба®Є б“г¦Ўл. ‘ўҐв®¤Ё®¤л 室пв иЁа®Є®Ґ применение для схем
автоматики, световых табло, оптронов.
__’㥓млҐ „Ё®¤л
’㥓мл© ¤Ё®¤ пў“пҐвбп б ў®“мв- ¬ЇҐа®© е а ЄвҐаЁбвЁЄ®©
N-вЁЇ , а Ў®в Є®в®а®Ј® ®б®ў в㥓쮬 Їа®е®¦¤ҐЁЁ
®бЁвҐ“Ґ© § ап¤ зҐаҐ§ Ї®вҐжЁ “мл© Ў амҐа p-n-ЇҐаҐе®¤ .
Љ Є Ё§ўҐбв®, ўҐа®пв®бвм в㥓쮣® Їа®е®¦¤ҐЁп з бвЁж зҐ-
१ Ї®вҐжЁ “мл© Ў амҐа а бвҐв б 㬥м襨Ґ¬ ҐЈ® иЁаЁл.
Џ®н⮬㠤“п ᮧ¤ Ёп в㥓мле ¤Ё®¤®ў ЁбЇ®“м§гов p-n-ЇҐаҐ-
室л б г§Є®© ®Ў“ бвмо ®Ўкс¬®Ј® § ап¤ . „агЈЁ¬ вॡ®ў ием к
материалу туннельного для диода является необходимость вы-
рождения p- и n- областей. Полупроводники становяться вырож-
денными при сильном легировании. Уровень Ферми в этом слу-
чае расположен в разрешенной зоне. С повышением концентра-
ции примесей уменьшается и ширина области объемного заряда
p-n-перехода (при N__a__=N__d__=10 б¬ ,d 10 б¬). ’ ЄЁ¬ ®Ўа §®¬,
бЁ“мл¬ “ҐЈЁа®ў ЁҐ¬ ®Ў“ б⥩ p-n-ЇҐаҐе®¤ ¤®бвЁЈ Ґвбп ўл-
஦¤ҐЁҐ p- Ё n- Ї®“гЇа®ў®¤ЁЄ®ў Ё ¬ “®Ґ § 票Ґ иЁаЁл
p-n-перехода.
Эквивалентная схема _ R
в㥓쮣® ¤Ё®¤ ¬®¦Ґв__ __ЪДД____ДД__ї
Ўлвм ЇаҐ¤бв ў“Ґ ў ўЁ¤Ґ__ тДДДД__ґ _ C__ ГД____ДД
ДДДт
(ђЁб. 3). __ __АДД___ДДД__Щ _ r__ _ L
__ __ ђЁб. 3
Ћ б®бв®Ёв Ё§ ¤ЁддҐаҐжЁ “м®Ј® б®Їа®вЁў“ҐЁп p-n-ЇҐаҐе®-
¤ _ R__, § а冷© с¬Є®бвЁ _ C__, б®Їа®вЁў“ҐЁп Ї®вҐам _ r, __Ё¤гЄвЁў-
®бвЁ ўлў®¤®ў_ L. __…¬Є®бвм Є®аЇгб в㥓쮣® ¤Ё®¤ ¬®¦®
гзҐбвм ў схеме внешней цепи, поэтому мы её для простоты
опустим. Перенос тока в туннельном диоде при V<V__®бв__ ®бгйҐб-
вў“пҐвбп ®б®ўл¬Ё ®бЁвҐ“п¬Ё, Ґ Ґ®б®ўл¬Ё, Є Є ў ®Ўлз-
ле ¤Ё®¤ е. ‘Є®а®бвм а бЇа®бв஥Ёп Їа®жҐбб ®ЇаҐ¤Ґ-
“пҐвбп ўаҐ¬ҐҐ¬ ॓ Єб жЁЁ . ќв® ўаҐ¬п Ї®ап¤Є 10 ...
10 б Ё ®® Ґ ®Ја ЁзЁў Ґв з бв®влҐ бў®©бвў ЇаЁЎ®а .
Џ®н⮬㠢 нЄўЁў “Ґв®© б奬Ґ ®вбгвбвўгҐв ¤Ёддг§Ё® п
с¬Є®бвм p-n-ЇҐаҐе®¤ , ўбҐ ®бв “млҐ н“Ґ¬Ґвл Їа ЄвЁзҐбЄЁ
Ґ § ўЁбпв ®в з бв®вл.
На основании эквивалентной схемы нетрудно записать выраже-
ние для полного сопротивления туннельного диода, а из него
определить предельную и собственную резонансную частоту.
Туннельные диоды, благодаря их высокочастотным свойствам,
применяються в схемах высокочастотного переключения, а
так-же для усиления и генерирования колебаний на сверхвысо-
ких частотах. Схема переключения подобна аналогичной схеме
на S-диоде. Для того чтобы нагрузочная прямая пересекала
вольт-амперную характеристику в трех точках, сопротивление
нагрузки должно быть больше дифференциального сопротивления
диода на участке отрицательного сопротивления.
Вследствии большей ширины запрещённой зоны арсенида гал-
лия напряжение срыва в диодах из него (__~__1 B) ўлиҐ, 祬 ў
¤Ё®¤ е Ё§ ЈҐа¬ Ёп (__~__0,4 B). Џ®н⮬㠤Ё®¤л Ё§ аᥨ¤ Ј “-
“Ёп ЇаҐ¤Ї®звЁвҐ“쥥 ¤“п ЁбЇ®“짮ў Ёп ў ЇҐаҐЄ“оз ойЁе гб-
ва®©бвў е (ў ®б®ЎҐ®бвЁ ¤“п бзҐв®© вҐеЁЄЁ) Ё ў ЈҐҐа в®-
а е. ?Ёа®Є п § ЇаҐйҐ п §® ®Ўгб“ ў“Ёў ет и большую их
термостабильность. Германиевые туннельные диоды имеют
меньший уровень собственных шумов, что важно для использова-
ния в схемах усилителей.
__
_н_м___ц_=_ь_____________<____*.FRM_________________________________________*.MAC______________________________________________________________(___Ѓ____@__яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя_