Диффузионная емкость p-n-перехода

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:

. (2.22)

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.

Положение вольт-амперной характеристики выпрямительного диода смещено относительно вольт-амперной характеристики р-n-перехода в сторону больших прямых напряжений (за счет конечного сопротивления р и n областей кристалла и подводящих проводов) и в сторону больших обратных токов (за счет наличия тока утечки). Паразитные параметры диода ухудшают вентильные свойства диода.

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 = t₂ – t₁ 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 = t₄ – t₃ 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.