- •Содержание
- •3Физические основы работы полупроводниковых приборов
- •3.1.Введение, основные термины и определения
- •4.1.Зонная структура полупроводников
- •5.1.Структура связей атомов и электронов полупроводника
- •6.1.Концентрация подвижных носителей заряда в собственном полупроводнике
- •7.1.Примесные полупроводники
- •3.7.1Концентрация носителей заряда в примесных полупроводниках
- •8.1.Электропроводность полупроводников
- •10.1.Вольтамперная характеристика p-n перехода
- •11.1.Пробой p-n перехода
- •12.1.Емкость p-n перехода
- •13.1.Свойство переходов металл-полупроводник
- •4Полупроводниковые диоды
- •3.1.Особенности и свойства полупроводниковых диодов, вольтамперная характеристика диода
- •4.1.Разновидности диодов, система параметров
- •4.4.1Универсальные диоды
- •4.4.2Силовые диоды
- •4.4.3Импульсные диоды
- •4.4.4Стабилитроны
- •4.4.5Варикапы
- •5.1.Система обозначений диодов
- •5Биполярные транзисторы
- •3.1.Вольтамперные характеристики транзисторов
- •4.1.Эквивалентная схема транзистора
- •5.1.Система обозначений и классификация транзисторов
- •6.1.Составные транзисторы
- •6Полевые транзисторы
- •3.1.Вольтамперные характеристики полевого транзистора с p-n переходом
- •4.1.Моп (мдп) – транзисторы
- •5.1.Система обозначений полевых транзисторов
- •7Переключающие приборы
- •3.1.Динисторы
- •4.1.Вольтамперная характеристика динистора
- •5.1.Тринисторы (тиристоры)
- •6.1.Вольтамперная характеристика тринистора
- •7.1.Симисторы
- •8.1.Запираемые тиристоры
- •9.1.Параметры и система обозначений тиристоров
- •8Оптоэлектронные приборы
- •3.1.Светодиоды
- •4.1.Характеристики светодиодов
- •5.1.Система обозначений светодиодов
- •6.1.Фоточувствительные приборы
- •7.1.Вольтамперная характеристика фотодиода
- •8.1.Параметры фотодиодов
- •9.1.Фототранзисторы
- •10.1.Фототиристоры
- •11.1.Фоторезисторы
- •12.1.Оптроны
- •9Вопросы для самопроверки
- •10Контрольная работа.
- •3.1.Методические указания к выполнению контрольной работы.
- •4.1.Оформление отчета по контрольной работе.
- •5.1.Задание.
- •11Пример выполнения контрольной работы
- •Ширина запрещенной зоны:
- •Эффективные плотности состояний:
- •Положение уровня Ферми:
- •Подвижности носителей заряда:
- •Удельное электрическое сопротивление:
- •Отношение полного тока, протекающего через полупроводник к дырочному току:
- •Концентрация основных и неосновных носителей заряда
- •Положение уровня Ферми:
- •Удельное электрическое сопротивление:
- •Отношение полного тока, протекающего через полупроводник к дырочному току:
- •Концентрация основных и неосновных носителей заряда
- •Контактная разность потенциалов
- •Ширина обедненных областей и ширина области пространственного заряда
- •Величина заряда на единицу площади
- •Величина барьерной емкости без внешнего напряжения и при обратном напряжении
- •1Глоссарий
- •Литература.
- •Электроника
3.1.Особенности и свойства полупроводниковых диодов, вольтамперная характеристика диода
Диоды могут изготавливаться из различных полупроводниковых материалов - Ge, Si, GaAs и выполнять различные функции – выпрямления, детектирования, умножения частоты и т.д.
Наиболее
часто для изготовления
полупроводниковых диодов используются
Ge
и Si.
Диоды Шоттки выполняются в основном на
основе кремния. В настоящее время для
получения высокоскоростных приборов
используется арсенид галлия. Прямые
ветви ВАХ таких диодов, с p-n
переходами одинаковой площади имеют
разный вид (рис.2.5), в частности при
фиксированном прямом
токе
падение напряжения на них будет различным.
Наименьшее
оно - у германиевого диода, а наибольшее
– у арсенид-галлиевого. Основная причина
этого – различие в ширине запрещённых
зон (Ge
– 0,6 эВ, Si
– 1,11 эВ, GaAs
– 1,43 эВ). В связи с этим будут отличаться
и величины потенциальных барьеров у
переходов из таких полупроводников
(наименьшим он будет у германиевого
диода). Для того чтобы диод открыть
требуется приложить прямое напряжение
сравнимое по величине с контактной
разностью потенциалов. По этой причине
диод Шоттки занимает промежуточное
положение между германиевым и кремниевым.
Рис. 2.5. Вольтамперные характеристики
полупроводниковых диодов из разных материалов.
С ростом температуры прямая ветвь ВАХ p-n перехода и полупроводникового диода смещается влево (рис. 2.6). Это объясняется ростом интенсивности процессов термогенерации и, соответственно, уменьшением сопротивления полупроводниковых слоёв. Если задаться некоторым значением прямого тока , то с ростом температуры прямое напряжение на диоде будет падать. Скорость его изменения зависит от материала и составляет 1÷2 мв/о .
Рис.2.6. Изменение прямой ветви вольтамперной
характеристики диода при изменении температуры.
Как
уже отмечалось, открытый диод представляет
собой некоторое сопротивление, величину
которого можно определить экспериментально
из соотношения
или
.
В первом случае сопротивление называют статическим, а во втором – динамическим или дифференциальным прямым сопротивлением.
Обратный
ток идеализированного p-n перехода
остаётся практически равным току
насыщения
вплоть до напряжения пробоя. У диодов
обратный ток может в тысячи раз превышать
,
причем он увеличивается с ростом
запирающего напряжения (рис. 2.7). Дело в
том, что обратный ток диода состоит из
трёх компонент – тока насыщения, тока
термогенерации и тока утечки
.
Ток насыщения представляет собой ток
неосновных носителей обратно смещённого
p-n
перехода. Ток термогенерации связан с
образованием электронно-дырочных пар
в области p-n
перехода под действием температуры.
Так как с ростом обратного напряжения
увеличиваются размеры области обеднённой
носителями (объём p-n
перехода), то при той же температуре
будет генерироваться больше носителей
и этим объясняется возрастание тока
термогенерации с повышением обратного
напряжения. В реальных диодах в связи
с загрязнением поверхности
полупроводника возникает ток утечки,
который также растет (по закону Ома) при
увеличении обратного напряжения.
Механизмы пробоя полупроводникового
диода такие же, как для p-n
перехода.
Рис.2.7. Изменение обратной ветви вольтамперной
характеристики диода при изменении температуры.
С
ростом температуры интенсивность
процессов генерации носителей возрастает,
что приводит к увеличению обратного
тока. Для кремниевых диодов Iобр
удваивается при увеличении температуры
на
,
а у германиевых он увеличивается вдвое
с ростом температуры примерно на
.
Если сравнить обратные ветви ВАХ диодов из разных материалов, то при одинаковых напряжениях минимальными обратными токами будут обладать кремниевые и арсенид-галлиевые диоды (напряжение пробоя достигает у них тысяч вольт). Гораздо большие обратные токи будут у германиевых диодов и диодов Шоттки, причем у последних напряжение пробоя не превышает десятков вольт, а у германиевых – сотен вольт.
