Температурные и частотные свойства p-n-перехода
Свойства p-n -перехода существенно зависит от температуры отгружающей среды. Из за повышения температуры возрастает генерация пар носителей заряда электронов и дырок, то есть увеличивается концентрация не основных носителей и собственная проводимость полупроводника. При повышении температуры прямой и обратные токи растут, а p-n-переход теряет свое основное свойство - одностороннюю проводимость . Прямой ток при p-n-переходе при нагреве растет не так сильно, как обратный ток- это объясняется тем, что прямой ток возникает главным образом за счет примесной проводимости, а концентрация примесей от температуры не зависит.
Свойства p-n-перехода зависят также от частоты приложенного напряжения, это объясняется наличием собственной емкости между слоями полупроводника с разными типами проводимости. При работе на высоких частотах емкостное сопротивление уменьшается и обратный ток может пройти через эту емкостью не смотря на большую величину сопротивления Rобратн. Это нарушает нормальную работу прибора, так как p-n-переход теряет свойства односторонней проводимости, поэтому для работы на высоких частотах используется в основном точечные полупроводниковые приборы у которых площадь p-n-перехода незначительно и собственная емкость мала.
ПРОБОЙ P-N-ПЕРЕХОДА
При некотором значении .... возникает пробой p-n-перехода при котором обратный ток резко возрастает и сопротивление запирающего слоя резко уменьшается. Таким образом под пробоем p-n-перехода понимают значительное уменьшение обратного сопротивления сопровождающееся возрастанием обратного тока при увеличении приложенного напряжения. Различают 2 вида пробоев:
1) Электрический (обратимый)
2) Тепловой(необратимый)
которые необходимо изучить самостоятельно
Туннельныйпробой возникает при малой ширине p-n-перехода (например, при низкоомной базе), когда при большом обратном напряжении электроны проникают за барьер без преодоления самого барьера. В результате туннельного пробоя ток через переход резко возрастает и обратная ветвь ВАХ идет перпендикулярно оси напряжений вниз.
Лавинныйпробой возникает в том случае, если при движении до очередного соударения с нейтральным атомом кристалла электрон или дырка приобретают энергию, достаточную для ионизации этого атома, при этом рождаются новые пары электрон-дырка, происходит лавинообразное размножение носителей зарядов; здесь основную роль играют неосновные носители, они приобретают большую скорость. Лавинный пробой имеет место в переходах с большими удельными сопротивлениями базы («высокоомная база»), т.е. в p-n-переходе с широким переходом.
Тепловойпробой характеризуется сильным увеличением тока в области p-n-перехода в результате недостаточного теплоотвода.
Если туннельный и лавинный пробои, называемые электрическими, обратимы, то после теплового пробоя свойства перехода меняются вплоть до разрушения перехода.
Напряжения и токи в p-n-переходах зависят от параметров перехода и его температуры.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
Основаны на эффектах обусловленных переносом заряда в твердом теле и предназначены для усиления , генерирования и преобразования . Параметры полупроводцниковых приборов определяются, как геометрическими размерами, так и свойствами материалов полупроводника из которого изготовлен прибор. Большинство полупроводниковых приборов применяемых в устройства промышленной электроники и радиоаппаратуры можно разделить на следующие группы:
1) Полупроводниковые диоды
2) Транзисторы
3) Тиристоры
Полупроводниковые диоды относятся к двухэлектродным приборам . Транзисторы - трёхэлектродным . Тиристоры существуют как в двухэлектродном(динисторы), так и в трехэлектродным (тринисторы) исполнении. Основой перечисленных полупроводниковых приборов является кристалл полупроводника с одним или несколькими p-n-переходами. В промышленной электронике помимо этого также находят применение беспереходные полупроводниковые приборы - полупроводниковые резисторы у которых p-n-переход отсутствует. Такие резисторы изготовляют из однородного полупроводникового материала, электрические свойства которого определяют характеристики и параметры резисторов. Маломощные полупроводниковые приборы изготовляют, как в дискретном (отдельном) , так и в интегральном исполнении. Мощные (силовые) полупроводниковые приборы изготовляют только в дискретном исполнении . Технология изготовления не изменяя общего характера процессов протекающих в приборе оказывает существенное влияние на его технические и эксплуатационные показатели .
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЗИСТОРЫ
Полупроводниковые резисторы представляют обширный класс полупроводниковых приборов принцип действия которых основан на свойствах полупроводников изменять свое сопротивление под действием температуры электромагнитного излучения приложенного напряжения и других факторов. Одним из основных механизмов которые используются в таких приборах является процесс генерации пар электрон-дырка под воздействием внешних факторов. К полупроводниковым резисторам относят 0терморезисторы, терморезисторы, фоторезисторы , варисторы) .
Терморезисторы - приборы, сопротивление которых значительно изменяется при изменении температуры
Фоторезисторы - приборы принцип действия которых основан на фоторезистивном эффекте - изменении сопротивления полупроводникового материала под действием электромагнитного излучения.
Варисторы - приборы, работа которых основана на эффекте уменьшения сопротивления полупроводникового материала при увеличении приложенного напряжения.
САМОСТОЯТЕЛЬНО ИЗУЧИТЬ (РАССМОТРЕТЬ) ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ (ЧТО ТАКОЕ ЗАЧЕМ ПОЧЕМУ) ФОТОРЕЗИСТОРЫ ВАРИСТОРЫ . ПРЯМЫЕ И ОБРАТНЫЕ РЕЛЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ, ТЕРМИСТОР ТЕРМОПАРА.
ТЕМЗОРЕЗИСТОРЫ(ноу нид)
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ
Диод - простейший полупроводниковый прибор, который позволяет току течь только в одном направлении. Полупроводниковый диод представляет собой электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним p-n- переходом и двумя внешними выводами под областей кристалла с разными типами электропроводности. Именно p-n-переход является основой любого полупроводникового диода(кроме диодов с барьером металл-полупроводник, то есть диодов шеттки и диодов Ганна и определяет его свойства, его технические характеристики и параметры. Наибольшее применение получили Германиевые и Кремневые полупроводниковые диоды, а так же диоды, выполненные на основе арсенида галлия. В зависимости от способов получения p-n-переходов полупроводниковые диоды делятся на 2 типа: плоскостные и точечные. Диод создается соединением вместе n и p типа. В области контактов этих материалов образуется переход , такой диод называется диодом на основе p-n-перехода. При формировании перехода подвижные заряды в его окрестности притягиваются к зарядам противоположного знака и дрейфуют по направлению к переходу( электроны в одну сторону, дырки в другую) . По мере накопления зарядов этот процесс усиливается . Некоторые электроны из полупроводника n - типа перемещаются через переход , заполняя дырки вблизи перехода в материале p - типа. В материале n- типа в области перехода электронов становится меньше. Эта область перехода, где концентрация электронов и дырок уменьшена называетсяобедненным слоем . Он занимает небольшую зону с каждой стороны перехода. В обедненном слое нет основных носителей . и материалы n и p- типа не являются больше электрически нейтральными. Материалы n- типа становятся положительно заряженным близи перехода , а материал p -типа - отрицательно. обедненный слой не может стать большим , так как взаимодействие зарядов быстро ослабевает при увеличении расстояния , и слой остается малым. Размер слоя ограничен зарядами противоположного знака , расположенными по обе стороны перехода . Как только отрицательные заряды располагаются вдоль перехода они отталкивают другие электроны , и не дают им пересечь переход . Положительные заряды поглощают свободные электроны и так же не дают им пересечь переход . Эти заряды противоположного знака выстроившиеся с двух сторон перехода создают напряжение называемое потенциальным барьером. Это напряжение может быть представлено, как внешний источник тока, хотя существует только на p-n-переходе. Потенциальный барьер мал, его величина оставляет только несколько десятых долей вольты (0.3 для германия, 0.7 для кремния ) . Потенциальный барьер проявляется, когда к p-n-переходу прикладывается внешнее напряжение. Напряжение, приложенное к диоду называется напряжением смещения. Напряжение смещения бывают прямым и обратным . Когда ток течет от n(-)-типа к материалу p-(+)типа то говорят что диод смещен в прямом направлении . То, текущий через диод, смещенный в прямом направлении ограничен сопротивлением материала p и n -типов и внешним сопротивлением цепи. Сопротивление диода не велико. Следовательно подсоединение источника тока к диоду в прямом направлении создает большой ток. При этом может выделиться такое количество тепла , которого достаточно для разрушения диода. Для того, чтобы ограничить ток последовательно с диодом необходимо включить резистор. Диод проводит ток в прямом направлении только тогда , когда величина внешнего напряжения больше потенциального барьера . Когда диод начинает проводить ток , на нем появляется падение напряжения равное потенциальному барьеру и называется прямым падением напряжения(Eпр ) . В диоде на который подано напряжение смещения в прямом направлении отрицательный вывод внешнего источника тока соединен с материалом n- типа, а положительный вывод с материалом p -типа. Если эти выводы поменять местами диод не будет проводить ток и про него говорят, что он смещен в обратном направлении . В результате обедненный слой p-n-перехода становится шире и сопротивление перехода увеличивается . Приложенное в обратном направлении напряжение смещения увеличивает потенциальный барьер . Если напряжение внешнего источника равно величине потенциального барьера электроны и дырки не могут поддерживать протекание тока . При обратном напряжении смещения течет очень маленький ток. Этот ток утечки называется обратным током и существует благодаря наличию не основных носителей . Таким образом можно сказать, что диод на основе p-n-перехода является устройством пропускающим ток только в одном направлении. Это свойство позволяет использовать диод в качестве выпрямителя , который преобразует переменное напряжение в постоянное.
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОДОВ
ДОМА
Прямое напряжение !
да(нет)(да)(нет)(да)(нет)
Обозначения полупроводниковых диодов.
Обозначения полупроводниковых диодов состоят из 6 элементов.
1 элемент(буква или цифра) обозначает исходный материал:
Г или цифра 1 - германий, К или 2 - кремний, А или 3 - соединения галлия. Обозначения, начинающиеся с цифры присваиваются приборам , которые могут работать при повышенных температурах или других внешних факторах.
2 элемент(буква) указывает на тип полупроводникового диода:
Д - выпрямительные, универсальные, импульсные диоды
Ц - выпрямительные столбы и блоки
А - сверхвысокочастотные диоды
С - стабилитроны и стабисторы
И - туннельные и обращенные диоды
В - варикапы
Л - излучающие диоды
Г- генераторы шума
Б - диоды Ганна
К - стабилизаторы тока
3 элемент(цифра) определяет назначение и качественные свойства диодов
4 и 5 элементы (цифры) обозначают порядковый номер разработки от 0.1 до 99(за исключением стабилитронов и стабисторов).
У стабилитронов имеющих напряжение стабилизации в вольтах от 1 до 9.9 вольта и от 10 до 99 вольт 4 и 5 элементы обозначают напряжение стабилизации. У стабилитронов имеющих напряжение стабилизации от 100 до 199 вольт - разность между номинальным значением напряжения и стабилизации и 100 вольтами.
У стабисторов имеющих напряжение стабилизации менее 1 вольта 4 и 5 элементы обозначают десятые и сотые доли вольта .
6 элемент(буква) определяет разновидность прибора по технологическим признакам, а для стабилитронов и стабисторов указывает на последовательность разработки .
| + А |
| К - |
На схематическом изображении полупроводникового диода треугольник является анодом(p область) . Черточка - катод (n часть).
| Iпр |
Прямой ток проходит тогда, когда анод имеет положительный потенциал относительно катода.
Треугольник нужно рассматривать, как стрелку показывающую условное направление прямого тока .