СЭСПТ (часть 1) Тема 2 Диоды

1. СЭСПТ (часть 1)

Тема 2
ДИОДЫ

2. Образование и свойства р-n-перехода

Полупроводниковый диод – это прибор с одним выпрямляющим электроннодырочным переходом (p-n-переходом) и двумя внешними выводами, в
котором используется то или иное свойство выпрямляющего перехода.
Р-n-переход важнейший элемент диодов и многочисленных структур
полупроводниковой электроники
Электронно-дырочный переход (p-n–
переход) -называется
полупроводниковая структура,
располагаемая на границе двух слоев,
один из которых обладает дырочной
(p), а другой электронной (n)
проводимостью.
За счет ИОНОВ на границе образуется
электрическое поле E (от «+» к «-»)
В равновесии (без приложенного напряжения) через p-n-переход
двигаются потоки основных и неосновных носителей, но суммарныq
ток равен нулю

3. Прямое и обратное включение диода

Прямое смещение p-nперехода
Обратное смещение
На аноде (p- область) «-»
Основные носители
уходят от перехода.
Обратный ток обусловлен
неосновными
носителями
На аноде (p-область) «+»
Основные носители идут
через перехода. Прямой
ток обусловлен
основными носителями
Выводы
• Прямой ток значительно больше чем обратный
• Напряжение на прямосмещенном переходе: Ge – 0,8 В; Si – 1,2 В (зависит от DЕз)
• Обратный ток в германиевых много меньше, чем в кремниевых диодах
• При повышении температуры обратный ток сильно растет
При повышении температуры прямой ток растет, напряжение открытого перехода немного
падает

4. Пробой диода

Необратимый тепловой
пробой диода
В отличие от идеального p-n-перехода,
увеличение обратного напряжения на
реальном диоде приводит не только к росту
(незначительному) обратного тока и при
определенных напряжениях - к
возникновению явления пробоя, при
котором обратный ток резко возрастает.
Поэтому параметрами реального диода
являются предельно допустимое обратное
напряжение Uобр max и обратный ток Iобр при
заданной температуре кристалла (на
обратной ветви вольтамперной
характеристики). В паспортных данных
приводятся значения обратного тока Iобр при
допустимых значениях Uобр mах, например,
для Д7А: Iобр = 100 мкА (при 50 В); для Д7Ж:
Iобр = 100 мкА (при 400 В); для 2Д202В: Iобр =
1 мА (при 100 В); для 2Д202В: Iобр = 1 мА
(при 600 В).

5. Импульсные диоды

Схема испытаний и временные характеристики импульсного диода
Импульсные диоды подразделяются : скоростные или микросекундные
(0,1 мкс < tв < 0,1 мс); сверхскоростные или наносекундные (tв < 0,1 мкс).
Мощность потерь РД резко повышается в момент его включения и, особенно, при
выключении.

6. Кремниевые стабилитроны

Полупроводниковый стабилитрон – это полупроводниковый диод,
напряжение на котором в области обратимого (туннельного или лавинного)
пробоя практически не зависит от протекающего тока.
Рабочий участок на обратной ветви вольтамперной характеристики в области
напряжений, соответствующих обратимому пробою. При некоторых значениях
обратного напряжения (минимальное напряжение пробоя - напряжение стабилизации
Uст ), ток прибора, ранее незначительный, начинает возрастать – наступает пробой p-nперехода. По мере увеличения тока, протекающего через стабилитрон, напряжение на
стабилитроне практически не увеличивается.

7. Стабилитроны

ТКН = (1/Uст)DUcт/DT, %/К.
УГО стабилитрона и зависимость ТКН от напряжения стабилизации
Стабисторы
Диоды, в которых для стабилизации напряжения используют относительно
постоянное значение прямого падения напряжения Uст = DUпр на диоде,
называют стабисторами. В области прямого смещения p-n-перехода
напряжение DUа составляет 0,7…2 В; У стабистора ТКН < 0.
Схемы параметрических стабилизаторов на стабилитроне и стабисторе

8. Варикапы

Варикап – диод, в котором используется зависимость емкости p-n-перехода от
величины обратного напряжения. Фактически речь идет о барьерной емкости
Сб конденсатора, образованной неподвижными ионами доноров и
акцепторов в области p-n-перехода.
Туннельные диоды
В туннельном диоде при прямом напряжении туннельный эффект приводит
к появлению на вольтамперной характеристике участка отрицательного
дифференциального сопротивления (ОДС).

9. Фотодиоды и фотоэлементы

Фотодиод (ФД) – полупроводниковый диод, прямой и
обратный ток которого зависят от освещенности. ФД
представляет собой диод с открытым для облучения
(для светового потока) областей полупроводника,
примыкающих к p-n-переходу.
При облучении появление дополнительных носителей
обуславливает появление фотоэдс на контактах прибора.
Схемы включения фотодиода и его ВАХ

10. Светоизлучающие диоды

Полупроводниковый светоизлучающий диод (СИД, светодиод, LED) –
прибор с одним или несколькими электрическими p-n-переходами,
предназначенный для непосредственного преобразования электрической
энергии в энергию светового излучения
для LED справедливо:
DEз ≈ hn0 = hc/l0,
DUпр ≈ DEз/е,
где h –постоянная Планка;
n0- частота излучения, с 1,
l0 длина волны; с – скорость
света; е – заряд электрона.
При включении светодиода в прямом направлении через p-n-переход
инжектируются основные носители. Например, дырки из p+-области,
пройдя через переход, попадают в n+-область и непосредственно вблизи
границы перехода начинают рекомбинировать с основными носителями –
электронами. Аналогично следует сказать и об электронах, переходящих из
n-области в p-область.
Интенсивная рекомбинации носителей вблизи границ переходов (ln и lp)
возрастает по мере увеличения прямого тока.

11. Диоды с барьером Шоттки

Диоды с барьером Шоттки (диоды Шоттки, ДШ)– полупроводниковые
приборы, в которых вместо p-n-перехода используется контакт металла с
полупроводником n-типа.
Конструктивно они выполняются в виде пластины низкоомного кремния (n+база), на которую нанесена высокоомная эпитаксиальная пленка с
электропроводностью того n-типа. На поверхность пленки нанесено
металлическое покрытие из пленок золота (толщиной 0,01 мкм). В других
частях поверхность защищена слоем окисла SiO2.
В ДШ-диодах, в которых значение обратного напряжения Uобр max понижено
до 15 В, величина прямого напряжения DUa также снижается до 0,3 – 0,4 В.

12. Общие сведения об обозначении полупроводниковых диодов

• Первый элементом маркировки полупроводниковых диодов:
буква или цифра, указывающая на полупроводниковый материал: Г или 1 –
германий; К или 2 кремний; 3 – соединения галлия.
• Второй элемент – буква, указывающая на область применения диодов
(подкласс): Д - выпрямительные, универсальные, импульсные; В –
варикапы; И туннельные и обращенные; С – стабилитроны, Г
генераторы шума, Л – излучающие оптоэлектронные приборы и т.п.
• Третий элемент цифра, указывающая на назначение диодов, у
стабилитронов эта цифра соответствует мощности рассеяния. У
выпрямительных диодов на третьей позиции через дефис приводится
предельный ток (в амперах), например, ДЛ133-500 (низкочастотный,
лавинный, предельный ток 500 А); БЧ2-200 –диод высокочастотный
(быстро восстанавливающийся), конструктивное исполнение 2, на 200 А.
• Четвертая и пятый элементы – порядковый номер разработки. У
стабилитрона эта цифра напряжение стабилизации.
• Шестой элемент – буква, указывающая на группу разработки.