Материал: Tverdotila_elektronika

поля p-n переходу швидко виходять з бази до емітера, і

час відновлення зворотного опору зменшується. Діоди з такою технологією виготовлення називають діодами з накопиченням заряду.

Досить ефективним шляхом збільшення швидкодії імпульсних діодів є використання в них бар’єрів Шотткі. Як відомо, в таких діодах зовсім відсутня інжекція (див.

п. 1.3.4).

Основні спеціальні параметри імпульсних діодів: імпульсна пряма напруга Uï ð³ при даному імпульсі прямого

струму; час усталення прямої напруги tóñò ; час відновлення зворотного опору tâ³ä . Останній параметр зашифровано в третьому елементі позначення діода (таблиця 2.2).

Таблиця 2.2

Приклад позначення імпульсних діодів: 2Д504А – кремнієвий, імпульсний, призначений для пристроїв спеціального використання, час відновлення зворотного опору більший за 150 нс, номер розробки 04, група А.

Більшість імпульсних діодів має металево-скляне або скляне конструктивне оформлення.

2.6 Тунельні та обернені діоди

Тунельними називаються діоди, які мають на прямій гільці своєї ВАХ ділянку з негативним диференціальним опором унаслідок тунельного ефекту.

Тунельний ефект полягає у тунельному проникненні електрона через p-n перехід, тобто такому проникненні, коли електрон з ВЗ однієї області прямо потрапляє до ЗП

59

іншої області. Це стає можливим, якщо товщина переходу дуже мала (менша 150 Å) і якщо енергетичним рівням, заповненим електронами в одній області, відповідають такі ж вільні дозволені енергетичні рівні в сусідній області. Ці умови здійснюються в p-n переходах з НП, які мають

високу концентрацію домішок (1019 1021ñì 3 ). Товщина

p-n переходів у цьому випадку має порядок 10 6 см, що

зумовлює високу напруженість електричного поля переходу і забезпечує ймовірність тунельного ефекту. У таких НП атоми домішок внаслідок малої відстані взаємодіють між собою, їх рівні розщеплюються в зони, які прилягають у НП р-типу до ВЗ, а в НП n-типу до ЗП. Такі напівпровідники називають виродженими, оскільки в них рівні Фермі розміщені в ЗП n-області і в ВЗ р-області.

Вигляд ВАХ тунельного діода можна пояснити за допомогою енергетичних діаграм (рис. 2.9). На діаграмах рівні ВЗ та ЗП напівпровідників, що заповнені електронами, заштриховані.

При зовнішній напрузі U 0 (рис. 2.9 а) рівень Фермі всієї системи однаковий (Wô n Wô ð ). Напроти зайнятих

електронами рівнів р-області розміщуються зайняті рівні n- області. Тунельний перехід електронів неможливий, струм дорівнює нулю.

Під дією прямої напруги Uï ð рівні Фермі зміщуються на величину W qUï ð (рис. 2.9 б), і напроти частини енерге-

тичних рівнів, зайнятих електронами в n-області (подвійне штрихування), опиняться вільні рівні в р-області. Внаслідок цього відбувається тунельний перехід електронів з n-області до р-області і протікає прямий тунельний струм, величина якого пропорційна площі перекриття вільних енергетичних рівнів ВЗ р-області й заповнених енергетичних рівнів ЗП n- області. Тунельний струм зростатиме доти, поки перекриття

60

не стане максимальним (рис. 2.9 в). Подальше зростання прямої напруги зменшує площу перекриття відповідних рівнів, і тунельний струм зменшується (рис. 2.9 г). При певній прямій напрузі зайняті електронами енергетичні рівні ЗП n-області стануть напроти енергетичних рівнів ЗЗ р-області. Тунельний перехід електронів у цьому випадку стане неможливим, і тунельний струм припиниться. У той самий час при прямих напругах у діоді відбувається, як правило, інжекція носіїв, що зумовлює протікання через нього дифузійного струму (рис. 2.9 д, е), який при напрузі U Uâ стає більшим, ніж тунельний струм.

Якщо діод включити у зворотному напрямі, то рівні Фермі зміщуються так, як показано на рис. 2.9 ж, і з’являється можливість тунельного переходу електронів із заповнених рівнів ВЗ р-області на вільні рівні ЗП n-області. Це приводить до протікання через діод великого зворотного тунельного струму.

Рисунок 2.9 – ВАХ тунельного діода та її утворення

61

здебільшого способом сплавлення з германію, арсеніду галію та антимоніду галію. Оскільки для виготовлення таких діодів використовують вироджені НП, які за характером провідності наближаються до металів, то робоча

температура приладів досягає 400 С.

Недоліком тунельних діодів є мала потужність із причини низьких робочих напруг (десяті частки вольта) і малих площ переходу.

За своїм призначенням тунельні діоди поділяють на підсилювальні (третій елемент позначення – 1), генераторні

(2)та перемикальні (3).

Приклади позначення тунельних діодів:

АИ201Г – діод тунельний генераторний, широкого

використання, з арсеніду галію, номер розробки 01, група Г. ЗИ306Е – діод тунельний перемикальний, спеціального

призначення, з арсеніду галію, номер розробки 06, група Е. Тунельні діоди дозволяють будувати підсилювачі,

генератори, змішувачі у діапазоні хвиль аж до міліметрових. На тунельних діодах створюють і різноманітні імпульсні пристрої: тригери, мультивібратори з дуже малим часом перемикання.

Частковим випадком тунельних діодів є обернені діоди, у яких внаслідок тунельного ефекту провідність при зворотних напругах значно більша, ніж при прямих. P- n переходи обернених діодів створюються напівпровід-

никами, що мають дещо меншу концентрацію домішок, і тому рівні Фермі збігаються з краями ЗП і ВЗ (рис. 2.10 а). При вмиканні таких діодів у зворотному напрямі тунельні електрони з ВЗ р-області переходять на вільні рівні ЗП n- області, і через p-n перехід тече великий зворотний

струм. При прямому вмиканні діодів перекриття зон не здійснюється, тунельний ефект не відбувається, і прямий

62

струм визначається лише дифузійним струмом. ВАХ оберненого діода показана на рисунку 2.10 б. Саме її форма дала назву цим діодам.

Третій елемент їх позначення – цифра 4. Мала інерційність унаслідок тунельного ефекту і велика крутизна характеристики зумовлюють використання обернених діодів у детекторах і змішувачах діапазону надвисоких частот.

а)

Iпр

б)

Рисунок 2.10 – Енергетична діаграма (а) та ВАХ (б) оберненого діода

2.7 Варикапи

Варикапи – це напівпровідникові діоди, у яких використовується залежність бар’єрної ємності p-n

переходу від зворотної напруги. Варикапи поділяють на підстроювальні (третій елемент позначення – 1) і варактори (третій елемент – 2).

Підстроювальні варикапи використовують, наприклад, для електронного підстроювання резонансної частоти коливальних контурів (рис. 2.11). На схемі рис. 2.11 конденсатор С запобігає замиканню напруги зміщення через котушку індуктивності L . Ємність конденсатора значно

63