9.4. Импульсные диоды

Импульсные диоды предназначены для работы в быстродействую­щих импульсных схемах с временем переключения 1 мкс и менее. При столь коротких рабочих импульсах приходится учитывать инер­ционность процессов включения и выключения диодов и принимать конструктивно-технологические меры, направленные иа снижение барьерной емкости и сокращение времени жизни неравновесных но­сителей заряда в области р — я-перехода.

По способу изготовления р — л-перехода импульсные диоды подразделяются на точечные, сплавные, сварные и диффузионные (меза и план арные). Устройство диодов указанных групп показано па рис. 9.10.

Конструкция точечных импульсных диодов (рис. 9.10, а) практически не отли­чается от конструкции обычных высокочастотных диодов. В некоторых случаях

Рис. 9.10; Устройство р — я-переходов точечных (а), сплавных (б), сварных (в), диффузионных мезадиодов (г) и планарных (3) импульсных диодов:

/ — р — п-переход; 2 — кристалл; 3 — омический контакт.

для улучшения характеристик диода на острие контактной иглы наносят примесь (обычно индий или алюминий), образующую акцепторные центры в германии и крем­нии типа п. В процессе электроформовки приконтактная область полупроводника сильно нагревается и непосредственно под острием иглы образуется небольшая по размерам р-обдасть.

В сплавных диодах (рис. 9.10, б) р — «-переход получают вплавлением в крис­талл полупроводника электронной проводимости кусочка сплава, содержащего ато­мы акцепторной примеси. Граница между исходным монокристаллом и сильно ле­гированным р-слоем представляет собой р — я-переход. Обычно такой метод исполь­зуется при изготовлении кремниевых импульсных диодов. При создании аналогии ных германиевых диодов вместо метода сплавления используют метод импульсной сварки (рис. 9.10, в). В этом случае к кристаллу германия подводится тонкая золотая (с присадкой галлия) игла и через полученный контакт пропускается импульс тока большой амплитуды, в результате чего конец золотой иглы сваривается с герма­нием.

Наиболее быстродействующие импульсные диоды получают методом диффузии донорных или акцепторных примесей в твердый полупроводник. Проникая на не­которую глубину полупроводника, диффундирующие атомы меняют тип проводи­мости этой части кристалла, вследствие чего возникает р — я-переход. После полу­чения диффузионной структуры осуществляют химическое травление поверхности полупроводника, после которого р — я-переход сохраняется только внутри неболь­шой области, которая возвышается над остальной поверхностью В Виде столика (ме- за). Такой вид кристалла называют мезаструктурой (рис. 9.10, г). Емкость р — я- переходов мезадиодов ниже, а напряжение пробоя выше, чем у сплавных или свар­ных диодов. Время переключения мезадиодов не превышает 10 не.

Весьма перспективными являются диоды, полученные при помощи планарно- эпитаксиальной технологии (рис. 9.30, д). При их изготовлений примесь вводится в полупроводник (обычно кремний) локально — через «окна» в защитной окисной пленке БЮз. Получающиеся при этом р — я-переходы отличаются Высокой стабиль» ностью параметров и надежностью.

Рис. 9.П. Схема включения (я) и осциллограммы входного напряжения (б) и тока (в) импульсного диода.

8

торого определяется амплитудой импульса, сопротивлением нагрузки и сопротивлением открытого диода. Если па диод, через который про­текает прямой ток, подать обратное напряжение так, чтобы его запе­реть, то диод запирается не мгновенно (рис. 9.11, в). В первый момент наблюдается резкое увеличение обратного тока 1_г через диод и лишь постепенно с течением времени он уменьшается и достигает установив­шегося значения /_обр. Указанное явление связано со спецификой работы р — «-перехода и представляет собой проявление так называе­мого эффекта накопления. Сущность этого эффекта состоит в следую­щем. Во время протекания прямого тока через р — /г-переход осу­ществляется инжекция носителей. В результате инжекции в непосред­ственной близости к переходу создается концентрация неосновных

Простейшая схема включения импульсного диода приведена на рис. 9.11, а. Под воздействием входного импульса положительной по­лярности (рис. 9.11, б) через диод протекает прямой ток, величина ко­

неравновесных носителей," которая во много раз превышает концен­трацию равновесных неосновных носителей. Величина обратного тока определяется концентрацией неосновных носителей в области р — я-пе­рехода: чем больше концентрация неосновных носителей, тем больше обратный ток. Время жизни неравновесных носителей ограничено — постепенно их концентрация уменьшается как за счет рекомбинации, так и за счет ухода через р — м-переход. Поэтому через некоторое время (т_в на рис. 9.11, в) неравновесные неосновные носители исчез­нут; обратный ток восстановится до нормального значения /_сб_Р.

Основной характеристикой импульсных диодов является нх пе­реходная характеристика. Она отражает процесс восстановления об­ратного тока и обратного сопротивления диода при воздействии на него импульсного напряжения обратной полярности (см. рис. 9.11, в).

Основные параметры импульсных диодов:

Импульсное прямое сопротивление R_{im п}._пр — отношение наи­большего импульсного прямого напряжения на диоде к вызвавшему его импульсу тока.

Время восстановления обратного сопротивления т₀ — время с момента смены направления тока через диод с прямого на обратное до того момента, когда обратный ток уменьшится до заданного значения.

Выпрямленный ток /_вып ~~ среднее значение тока через диод с учетом частоты следования импульсов.

Максимальный импульс тока 1_пмптах — наибольшее значение тока в импульсе заданной длительности, допустимое для диода без его повреждения.

Наибольшая емкость диода С_Д — емкость между выводами дио­да при заданном напряжении.

Для импульсных диодов указывают также величину постоянного прямого напряжения £/_Пр при протекании постоянного тока /_пр и ве­личину обратного тока /₀б_Р при 'заданной величине обратного напря­жения U₀ бр.

Предельные режимы определяются величиной Vобр шах — макси­мального (предельного) обратного напряжения на дноде любой формы и периодичности и величиной /_{пр тах} — максимального (предельного) прямого постоянного нли импульсного тока прн длительной работе.

Импульсные диоды широко применяются в импульсных схемах самого различного назначения, например в логических схемах элек­тронных цифровых вычислительных машин.