Принцип действия полупроводникового диода. Полупроводниковые диоды: принцип действия, типы и применение

Как работают полупроводниковые диоды. Какие бывают виды диодов. Где применяются диоды в электронике. Каковы основные характеристики и параметры диодов.

Что такое полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод — это электронный компонент с двумя выводами, который пропускает электрический ток преимущественно в одном направлении. Основой диода является p-n-переход, образованный на границе полупроводников p- и n-типа.

Принцип действия диода основан на свойствах p-n-перехода:

• При прямом включении (плюс на аноде, минус на катоде) p-n-переход имеет малое сопротивление и пропускает ток
• При обратном включении (минус на аноде, плюс на катоде) p-n-переход имеет высокое сопротивление и практически не пропускает ток

Благодаря этим свойствам диод может выполнять следующие функции:

• Выпрямление переменного тока
• Защита от обратного тока
• Ограничение напряжения
• Детектирование сигналов
• Преобразование частоты

Основные типы полупроводниковых диодов

Существует множество разновидностей диодов, различающихся по конструкции и назначению:

Выпрямительные диоды

Предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. Способны выдерживать большие токи и обратные напряжения. Применяются в источниках питания.

Импульсные диоды

Имеют малое время переключения. Используются в импульсных схемах и цифровой технике.

Стабилитроны

Поддерживают постоянное напряжение на выводах при изменении тока в широких пределах. Применяются для стабилизации напряжения.

Светодиоды

Излучают свет при прохождении через них электрического тока. Используются в качестве индикаторов и в системах освещения.

Фотодиоды

Генерируют электрический ток под действием света. Применяются в качестве фотоприемников.

Варикапы

Имеют переменную емкость, зависящую от приложенного обратного напряжения. Используются для электронной подстройки частоты.

Вольт-амперная характеристика диода

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода показывает зависимость тока через диод от напряжения на нем. ВАХ имеет нелинейный вид и состоит из двух участков:

• Прямая ветвь — при прямом включении ток быстро нарастает после преодоления порогового напряжения (0,3-0,7 В)
• Обратная ветвь — при обратном включении протекает очень малый ток утечки до достижения напряжения пробоя

Как получить ВАХ диода? Для этого необходимо:

1. Подключить диод к регулируемому источнику напряжения
2. Изменять напряжение от отрицательных до положительных значений
3. Измерять ток через диод при каждом значении напряжения
4. Построить график зависимости тока от напряжения

Основные параметры полупроводниковых диодов

При выборе диода для конкретного применения учитываются следующие параметры:

• Максимальный прямой ток
• Максимальное обратное напряжение
• Прямое падение напряжения
• Обратный ток утечки
• Емкость p-n-перехода
• Время восстановления обратного сопротивления
• Рабочая температура

Какие параметры диода наиболее важны? Это зависит от конкретного применения. Например:

• Для выпрямителей критичны максимальный прямой ток и обратное напряжение
• Для импульсных схем важно малое время восстановления
• Для высокочастотных схем имеет значение малая емкость перехода

Применение полупроводниковых диодов

Диоды нашли широкое применение в электронике благодаря своим уникальным свойствам:

Выпрямление переменного тока

Диодные мосты и выпрямители используются в блоках питания для преобразования переменного сетевого напряжения в постоянное.

Детектирование сигналов

Диодные детекторы позволяют выделять огибающую высокочастотного модулированного сигнала.

Защита от обратной полярности

Включенный последовательно диод предотвращает протекание тока при неправильном подключении источника питания.

Ограничение напряжения

Стабилитроны используются для ограничения и стабилизации напряжения в электронных схемах.

Модуляция и демодуляция

Варикапы применяются для частотной модуляции в радиопередатчиках и приемниках.

Как проверить исправность диода

Простейшая проверка диода может быть выполнена с помощью мультиметра:

1. Установите мультиметр в режим «прозвонки» или измерения сопротивления
2. Подключите щупы к выводам диода в прямом направлении
3. Исправный диод должен показать малое сопротивление (десятки-сотни Ом)
4. Поменяйте полярность подключения
5. В обратном направлении диод должен показать большое сопротивление (мегаомы)

Если результаты не соответствуют ожидаемым, диод может быть неисправен. Для более точной проверки рекомендуется снять ВАХ диода.

Маркировка полупроводниковых диодов

Как расшифровать маркировку диода? Обычно она содержит следующую информацию:

• Буквенно-цифровой код, обозначающий тип диода
• Цветовая маркировка, указывающая на полярность выводов
• Дополнительные символы, обозначающие класс или группу параметров

Например, маркировка 1N4007 расшифровывается так:

• 1N — серия полупроводниковых диодов
• 4007 — конкретная модель выпрямительного диода

Полоса на корпусе обычно указывает на катод диода.

Заключение

Полупроводниковые диоды являются одними из базовых электронных компонентов. Благодаря своим уникальным свойствам они нашли применение практически во всех областях электроники — от простейших выпрямителей до сложных высокочастотных устройств. Понимание принципов работы и основных характеристик диодов необходимо для проектирования и анализа электронных схем.

Полупроводниковый диод – устройство и принцип действия

«06» декабря 2021 г.

Принцип действия диода заключается в способности пропускать ток в определенном направлении.

Устройство диода подразумевает наличия в нем двух зон:

• анода «+»;
• катода «-«.

По физическим принципам, положенным в основу работы диодов их можно разделить на:

• полупроводниковые;
• вакуумные.

Для первого типа рабочей средой является полупроводниковый материал с различными добавками, например, кремний или германий.

В вакуумных ток возникает за счет эмиссии электронов с катода, все процессы происходят, извините за тавтологию, в вакууме. В настоящее время практически везде применяются полупроводниковые диоды.

Устройство и принцип работы будет рассмотрен на примере выпрямительного диода (есть и другие типы, но этот встречается чаще).

Обозначение полупроводникового диода (рис.1а).

Анод на схеме условно обозначается треугольником, катод – поперечной чертой, проходящей через вершину и параллельной основанию.

Само обозначение способно подсказать порядок подключения: треугольник вершиной смотрит в направлении прямого тока. Направление тока принято считать от «плюса» к «минусу».

ВИДЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДИОДА

Прямое.

Прямым включением считается подключение «+» к аноду (рис. 1б). При этом основными являются такие характеристики как прямые ток Iпр и напряжение Uпр.

Кстати, Uпр – это падение напряжения на диоде, оно достаточно стабильно и для большинства кремниевых исполнений составляет 0,7-1,2 В. Подробнее про это поговорим при рассмотрении вольт амперной характеристики (ВАХ).

Ток же определяется сопротивлением нагрузки и характеризуется номинальным и максимально допустимым значениями.

Первый – это рабочий, при превышении второго диод выходит из строя. Это называется «пробой». При пробое полупроводниковый прибор утрачивает свойство односторонней проводимости и ток через него может течь в любом направлении.

Различают два вида пробоя:

• электрический;
• тепловой.

Электрический пробой обратим и при снижении тока до нормальных значений работоспособность восстанавливается.

При тепловом устройство идет «на выброс». Электрический пробой по истечении определенного времени может перейти в тепловой. Кстати, выход диода из строя в результате теплового пробоя происходит за счет перегрева кристалла и изменения его свойств.

Обратное.

При обратном включении на анод подается «минус», а на катод «плюс» (рис.1в).

Ток и напряжение, характеризующие этот режим работы называют обратными. В этом случае ток Iобр достаточно мал (доли миллиампер), а напряжение может изменяться в широких пределах, поскольку прикладывается оно с внешней стороны и все зависит от нас, сколько мы туда «закачаем».

Но при достижении максимального значения обратного напряжения, определяемого характеристиками диода опять же происходит пробой.

ВОЛЬТ АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИОДА

Вольт амперная характеристика показывает зависимость ток от напряжения на выводах полупроводникового диода.

Она индивидуальная и зависит не только от назначения (технологии) прибора (выпрямительные, туннельные, Шоттки и т.д.), но и от его типа в пределах функционального назначения. Например, разные типы выпрямительных диодов будут иметь, пусть отличающиеся ВАХ.

Поэтому представленная на рис.2 характеристика предназначена исключительно для иллюстрации принципа действия диода.

Правый верхний квадрант иллюстрирует работу в прямом подключении, левый нижний – в обратном.

Обратите внимание на несколько характерных точек.

Напряжение открытия Uотк.

Это уже упоминавшиеся 07-1,2 Вольта. Пока напряжение не достигнет этой величины ток, даже в прямом включении будет мал.

После открывания значительный рост тока заметного влияния на увеличения напряжения на диоде не оказывает.

Ток пробоя Iпр.

В этой точке происходит электрический пробой и диод перестает работать в штатном режиме.

В принципе про это написано выше, так что я просто конспективно остановлюсь на этих характеристиках применительно к графику.

Напряжение пробоя Uпроб.

Обратное напряжение, вызывающее выход полупроводникового диода из строя. Обратите внимание, до достижения этого значения обратный ток увеличивается незначительно, а потом нарастает лавинообразно.

Итак, здесь рассмотрены только основные характеристики, определяющие принцип работы.

Существует еще множество других: температурные, частотные и пр., но это уже относится к области углубленного изучения вопросов применения полупроводниковых диодов для различных схемотехнических решений.

Для построения и реализации простых задач приведенной информации начинающему будет достаточно. В качестве примера давайте покажу реальную схему.

ПРОСТАЯ СХЕМА НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ДИОДЕ

Представьте, что имеется какое то устройство с питанием от батареек, например, радиоприемник. Для их экономии при наличии поблизости электрической сети хотелось бы подключать внешний блок питания.

Задача:

при отсутствии штатной возможности реализовать автоматический переход на внешний блок при его подключении и наоборот – переключение на питание от батарей при отключении адаптера.

Схема проста до смешного (рис.3).

Первоначально имеем приемник (ПР) и элемент питания (GB) – рис. 3а.

В разрыв цепи питания (А-Б) ставим диод (любой выпрямительный на напряжение не меньше 20 В и ток, например, 100 мА).

В точке Б подключаем разъем для подачи «+» с блока питания (БП), минус подключаем на общий провод «0». Напряжение блока питания и батарей должны быть одинаковы. Получаем схему рис. 3б.

Как это работает.

При отсутствии внешнего напряжения диод находится в открытом состоянии и ток от встроенных элементов поступает на приемник. Обратите внимание, на диоде мы при этом потеряем 0,7-1,2 Вольта – кто внимательно читал статью вопросов иметь не должен.

Как правило, такая потеря на работоспособности приемника не сказывается.

При подключении внешнего блока напряжение в точке Б становится равным 9 В, так же как и в точке А. Диод закрывается, так как не обеспечивается необходимое напряжение открывания (см. ВАХ). Батареи отключаются, питание поступает с адаптера.

Отключите его – диод откроется и подключит батарею, принцип прост.

Кстати, таким образом можно реализовать автоматический переход на резервное питание любого слаботочного устройства. При пропадании сетевого напряжения блок отключится и питание пойдет от резервного источника GB.

Недостаток только один – данная схема не обеспечивает автоматическую подзарядку, если в качестве резерва используется аккумулятор.

  *  *  *

© 2014-2022 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

типы, классификация, принцип действия, характеристики, устройство и использование

Полупроводниковые диоды широко применяются в электронике и электронной промышленности. Они используются как самостоятельно, так и в качестве p-n-перехода транзисторов и многих других устройств. Как дискретный компонент диоды являются ключевой частью многих электронных схем. Они находят множество применений, начиная от маломощных приложений до выпрямителей тока.

Что такое диод?

В переводе с греческого название данного электронного элемента буквально обозначает «два вывода». Они называются анодом и катодом. В цепи ток проходит от анода к катоду. Полупроводниковый диод является односторонним элементом, и движение тока в противоположном направлении блокируется.

Принцип действия

Устройство полупроводниковых диодов очень разное. Это является причиной того, что существует много их типов, которые различаются как по номиналу, так и по исполняемым ими функциям. Тем не менее в большинстве случаев основной принцип работы полупроводниковых диодов одинаков. Они содержат р-n-переход, который и обеспечивает их базовую функциональность.

Этот термин обычно используется по отношению к стандартной форме диода. В действительности же он применим практически к любому их типу. Диоды составляют основу современной электронной промышленности. Все – от простых элементов и транзисторов до современных микропроцессоров – базируется на полупроводниках. Принцип действия полупроводникового диода основан на свойствах полупроводников. Технология опирается на группу материалов, внесение примесей в кристаллическую решетку которых позволяет получить участки, в которых носителями заряда являются дырки и электроны.

Р-n-переход

Диод р-n-типа получил свое название потому, что в нем используется р-n-переход, который позволяет току течь только в одном направлении. Элемент обладает и другими свойствами, которые также находят широкое применение. Полупроводниковые диоды, например, способны излучать и регистрировать свет, изменять емкость и регулировать напряжение.

P-n-переход является базовой полупроводниковой структурой. Как следует из названия, он представляет собой соединение между областями p- и n-типа. Переход позволяет носителям заряда двигаться только в одном направлении, что, например, дает возможность преобразовывать переменный ток в постоянный.

Стандартные диоды обычно производятся из кремния, хотя также используется германий и другие полупроводниковые материалы, в основном для специальных целей.

Вольт-амперная характеристика

Диод характеризуется вольт-амперной кривой, которую можно разделить на 2 ветви: прямую и обратную. В обратном направлении ток утечки близок к 0, но с ростом напряжения он медленно увеличивается и при достижении напряжения пробоя начинает резко возрастать. В прямом направлении ток быстро нарастает с увеличением приложенного напряжения выше порога проводимости, который составляет 0,7 В для диодов из кремния и 0,4 В из германия. Элементы, в которых используются другие материалы, имеют другие вольт-амперные характеристики и напряжения порога проводимости и пробоя.

Диод c р-n-переходом можно рассматривать как устройство базового уровня. Он широко используется во многих приложениях – от сигнальных цепей и детекторов до ограничителей или подавителей переходных процессов в индукционных или релейных катушках и выпрямителей высокой мощности.

Характеристики и параметры

Спецификации диодов предоставляют большой объем данных. При этом точные пояснения того, что они собой представляют, не всегда доступны. Ниже приведены подробные сведения о различных характеристиках и параметрах диода, которые приводятся в спецификациях.

Материал полупроводника

Материал, используемый в р-n-переходах, имеет первостепенное значение, поскольку он влияет на многие основные характеристики полупроводниковых диодов. Наиболее широко применяется кремний, поскольку он отличается высокой эффективностью и низкими производственными издержками. Еще одним часто используемым элементом является германий. Другие материалы, как правило, применяются в диодах специального назначения. Выбор полупроводникового материала важен, поскольку от него зависит порог проводимости – около 0,6 В для кремния и 0,3 В для германия.

Падение напряжения в режиме прямого тока (U пр.)

Любая электрическая цепь, через которую проходит ток, вызывает падение напряжения, и этот параметр полупроводникового диода имеет большое значение, особенно для выпрямления, когда потери мощности пропорциональны U пр. Кроме того, электронные элементы часто должны обеспечивать небольшое падение напряжения, поскольку сигналы могут быть слабыми, но им все же необходимо преодолеть его.

Это происходит по двум причинам. Первая заключается в самой природе р-n-перехода и является результатом напряжения порога проводимости, которое позволяет току преодолеть обедненный слой. Вторая составляющая – нормальные резистивные потери.

Показатель имеет большое значение для выпрямительных диодов, по которым могут проходить большие токи.

Пиковое обратное напряжение (U обр. max)

Это наибольшее обратное напряжение, которое полупроводниковый диод может выдержать. Его нельзя превышать, иначе элемент может выйти из строя. Это не просто среднеквадратичное напряжение входящего сигнала. Каждая цепь должна рассматриваться по существу, но для простого выпрямителя с одной полуволной со сглаживающим конденсатором следует помнить, что конденсатор будет удерживать напряжение, равное пику входного сигнала. Затем диод будет подвергаться действию пика входящего сигнала в обратном направлении, и поэтому в этих условиях будет иметь место максимальное обратное напряжение, равное пиковому значению волны.

Максимальный прямой ток (U пр. max)

При проектировании электрической цепи необходимо удостовериться в том, что не превышаются максимальные уровни тока диода. По мере увеличения силы тока выделяется дополнительное тепло, которое необходимо отводить.

Ток утечки (I обр.)

В идеальном диоде обратного тока не должно быть. Но в реальных р-n-переходах он есть из-за присутствия в полупроводнике неосновных носителей заряда. Сила тока утечки зависит от трех факторов. Очевидно, что наиболее значимым из них является обратное напряжение. Также ток утечки зависит от температуры – с ее ростом он значительно повышается. Кроме того, он сильно зависит от типа полупроводникового материала. В этом отношении кремний намного лучше германия.

Ток утечки определяется при определенном обратном напряжении и конкретной температуре. Обычно он указывается в микроамперах (μA) или пикоамперах (pA).

Емкость перехода

Все полупроводниковые диоды обладают емкостью перехода. Обедненная зона представляет собой диэлектрический барьер между двумя пластинами, которые формируются на краю обедненного участка и области с основными носителями заряда. Фактическое значение емкости зависит от обратного напряжения, которое приводит к изменению переходной зоны. Его увеличение расширяет обедненную зону и, следовательно, уменьшает емкость. Этот факт используется в варакторах или варикапах, но для других применений, особенно радиочастотных, этот эффект необходимо свести к минимуму. Параметр обычно указывается в pF при заданном напряжении. Для многих радиочастотных применений доступны специальные низкоомные диоды.

Тип корпуса

В зависимости от назначения полупроводниковые диоды производятся в корпусах разного типа и формы. В некоторых случаях, особенно при использовании в схемах обработки сигналов, корпус является ключевым элементом в определении общих характеристик этого электронного элемента. В силовых цепях, в которых важно рассеивание тепла, корпус может определять многие общие параметры диода. Устройствам большой мощности необходимо иметь возможность крепления к радиатору. Небольшие элементы могут производиться в свинцовых корпусах или в качестве устройств для поверхностного монтажа.

Типы диодов

Иногда бывает полезно ознакомиться с классификацией полупроводниковых диодов. При этом некоторые элементы могут относиться к нескольким категориям.

Обращенный диод. Хотя он и не так широко используется, представляет собой разновидность элемента р-n-типа, который по своему действию очень похож на туннельный. Отличается низким падением напряжения в открытом состоянии. Находит применение в детекторах, выпрямителях и высокочастотных переключателях.

Инжекционно-пролетный диод. Имеет много общего с более распространенным лавинно-пролетным. Используется в СВЧ-генераторах и системах сигнализации.

Диод Ганна. Не относится к р-n-типу, но представляет собой полупроводниковое устройство с двумя выводами. Он обычно используется для генерации и преобразования сигналов СВЧ в диапазоне 1-100 ГГц.

Светоизлучающий или светодиод – один из наиболее популярных типов электронных элементов. При прямом смещении ток, протекающий через переход, вызывает излучение света. В них используются составные полупроводники (например, арсенид галлия, фосфид галлия, фосфид индия), и они могут светиться разными цветами, хотя первоначально ограничивались только красным. Существует множество новых разработок, которые меняют способ функционирования и производства дисплеев, примером которых являются OLED-светодиоды.

Фотодиод. Используется для обнаружения света. Когда фотон попадает на p-n-переход, он может создавать электроны и дырки. Фотодиоды обычно работают в условиях обратного смещения, при которых можно легко обнаружить даже небольшой ток, возникающий в результате действия света. Фотодиоды можно использовать для генерации электроэнергии. Иногда в качестве фотоприемников применяются элементы pin-типа.

Pin-диод. Название электронного элемента хорошо описывает устройство полупроводникового диода. У него стандартные области р- и n-типа, но между ними существует внутренняя область без примесей. Она оказывает эффект увеличения площади области истощения, которая может быть полезна для переключения, а также в фотодиодах и т. д.

Стандартный р-n-переход можно рассматривать как обычный или стандартный тип диода, который используется сегодня. Они могут применяться в радиочастотных или других низковольтных устройствах, а также в высоковольтных и высокомощных выпрямителях.

Диоды Шоттки. Имеют более низкое прямое падение напряжения, чем стандартные кремниевые полупроводники р-n-типа. При малых токах оно может составлять от 0,15 до 0,4 B, a не 0,6 В, как у кремниевых диодов. Для этого они изготавливаются не как обычно – в них используется контакт металл-полупроводник. Они широко применяются в качестве ограничителей, выпрямителей и в радиоаппаратуре.

Диод с накоплением заряда. Представляет собой разновидность СВЧ-диода, используемого для генерации и формирования импульсов на очень высоких частотах. Его работа основана на очень быстрой характеристике отключения.

Лазерный диод. Отличается от обычного светоизлучающего, поскольку производит когерентный свет. Лазерные диоды применяются во многих устройствах – от DVD и CD-приводов до лазерных указок. Они намного дешевле других форм лазеров, но значительно дороже светодиодов. Отличаются ограниченным сроком эксплуатации.

Туннельный диод. Хотя сегодня он широко не используется, ранее применялся в усилителях, генераторах и переключающих устройствах, схемах синхронизации осциллографов, когда он был эффективнее других элементов.

Варактор или варикап. Используется во многих радиочастотных устройствах. У данного диода обратное смещение меняет ширину слоя истощения в зависимости от приложенного напряжения. В этой конфигурации он действует как конденсатор с областью истощения, выполняющей роль изолирующего диэлектрика, и пластинами, образованными проводящими областями. Применяется в генераторах, управляемых напряжением, и радиочастотных фильтрах.

Стабилитрон. Является очень полезным типом диода, поскольку обеспечивает стабильное опорное напряжение. Благодаря этому стабилитрон используется в огромных количествах. Работает в условиях обратного смещения и пробивается при достижении определенной разницы потенциалов. Если ток ограничен резистором, то это обеспечивает стабильное напряжение. Широко используется для стабилизации источников питания. В стабилитронах имеют место 2 вида обратного пробоя: разложение Зинера и ударная ионизация.

Таким образом, различные типы полупроводниковых диодов включают элементы для маломощных и высокомощных применений, излучающие и обнаруживающие свет, с низким прямым падением напряжения и переменной емкостью. В дополнение к этому существует ряд разновидностей, которые используются в СВЧ-технике.

Полупроводниковый диод .идеальный и реальный, Классификация параметры…

Привет, Вы узнаете про полупроводниковый диод, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое полупроводниковый диод, вах диодов, классификация диодов, уго диодов, вольтамперная характеристика диодов, параметры диодов, простейший выпрямитель, простейший стабилизатор, диод , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

Полупроводниковым диод ом называют электропреобразовательный прибор, который, как правило, содержит один или несколько электрических переходов и два вывода для подключения к внешней цепи. Принцип работы большинства диодов основан на использовании различных физических явлений в электрических переходах. Наиболее часто в диодах применяют электроннодырочные переходы, контакты металл-полупроводник, анизотипные гетеропереходы. Однако существуют диоды, структура которых не содержит выпрямляющих электрических переходов (например, диод Ганна) либо содержит несколько переходов (например, p-i-n-диод, динистор), а также диоды с более сложной структурой переходов (например, MДM- и MДП-диоды и др.).

полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор, в широком смысле — электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле — полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один p-n-переход.

В отличие от других типов диодов, например, вакуумных, принцип действия полупроводниковых диодов основывается на различных физических явлениях переноса зарядов в твердотельном полупроводнике и взаимодействии их с электромагнитным полем в полупроводнике.

Полупроводниковыми диодами называются полупроводниковые приборы с одним p-n-переходом и двумя выводами.

Полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом, работа которого заключается в преобразования одних электрических значений в другие, называют диодом. В конструкции данного изделия предусматривается два вывода для монтажа.
Сущесвуют также диодные сборки с множеством выводов.

Онлайн демонстрация и симуляция работы график ВАХ диода:

Открыть на весь экран график ВАХ диода

Идеальный полупроводниковый диод

Идеальный ПД имеет нулевой ток при обратном включении (плюс на катод, минус на анод), и на нем нулевое падение напряжения при прямом включении (плюс на анод, минус на катод). Он не имеет внутренних индуктивности и емкости. Переключение происходит мгновенно, то есть, как только полярность тока сменилась, изменяется проводимость — ток возникает, падение напряжения пропадает, или ток пропадает, падение напряжения возникает.

Идеальный полупроводниковый диод не рассеивает мощности, так как рассеиваемая мощность равна произведению тока на напряжение, а на идеальном диоде либо нулевой ток, либо нулевое напряжение.

Идеальный ПД никогда не нагревается, имеет нулевые размеры, не занимает место на плате. Он не шумит, не создает шумовых помех в проходящем токе. Идеальный ПД выдерживает любое напряжение и любой ток.

Если бы удалось создать идеальный ПД, то нужен был бы всего один тип диода — ПИПД (просто идеальный полупроводниковый диод). Его можно было бы применять во всех схемах. Но такой прибор пока не создан. Можно ли его создать — большой вопрос.

Реальные ПД обладают некоторым обратным током, напряжением насыщения (падением напряжения на диоде при определенном прямом токе через него), временем включения (временем, через которое возникает ток после приложения прямого напряжения) и выключения (временем, через которое ток прекратится, если раньше диод был включен в прямом направлении, проводил ток, а теперь включен в обратном), напряжением пробоя (обратным напряжением, при котором возникает проводимость диода, наступает пробой). У реальных диодов есть ограничения по среднему и импульсному токам, рассеиваемой мощности. Реальные диоды обладают емкостью и индуктивность

классификация диодов .

Классификация диодов

Типы диодов по назначению

• Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
• Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.
• Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала
• Смесительные диоды предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.
• Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.
• Параметрические
• Ограничительные диоды предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения.
• Умножительные
• Настроечные
• Генераторные

Типы диодов по частотному диапазону

• Низкочастотные
• Высокочастотные
• СВЧ

Типы диодов по размеру перехода

• Плоскостные
• Точечные
• Микросплавные

Типы диодов по принципу работы и конструкции

• Диоды Шоттки
• СВЧ-диоды
• Стабилитроны
• Стабисторы
• Варикапы
• Светодиоды
• Фотодиоды
• Pin диод
• Лавинный диод
• Лавинно-пролетный диод
• Диод Ганна
• Туннельные диоды
• Обращенные диоды

Другие типы

• Селеновый выпрямитель (вентиль)
• Медно-закисный выпрямитель (вентиль, купрокс)
• алмазный диод- применяется в высокотемпературных средах (бурение, иследование других планети т. д.)

По мощности

В зависимости от конструктивных особенностей, разные диоды способны рассеивать в пространство различную

мощность, которая ограничивается тепловым разрушением материала проводимости или p-n перехода. Таким образом, диоды делят на:

• Маломощные;
• Средней мощности;
• Большой мощности (силовые).

По исполнению корпуса

Один и тот же вид диода может изготавливаться в различных корпусах. Для портативных устройств лучшим вариантом является диоды в форм-факторе SMD. Проволочные выводы в них заменены контактными площадками. Это обеспечивает им минимальные габаритные размеры, а также позволяет отказаться от монтажа в отверстия платы печатной платы и перейти на поверхностный. Сейчас поверхностным монтажом собирается более 95% портативных устройств. Его просто автоматизировать, а пайка ведется с помощью инфракрасной печи или ручного паяльного фена.

Рисунок 3.1 – Упрощенная структура и условное графическое обозначение полупроводникового диода.

Рисунок 3.1 – Устройство плоскостного диода.

Рисунок 3.1 – Устройство точечного диода.

Под понятием полупроводникового диода собрано множество приборов с различным назначением. Приборы с одним p—n-переходом;

1. выпрямительный диод — достаточно мощный, позволяющий получать из переменного тока постоянный для питания нагрузки;
2. импульсный диод;
3. лавинно-пролетный диод;
4. туннельный диод — диод с участком, обладающим отрицательным дифференциальным сопротивлением;
5. стабилитрон — диод, работающий на напряжении электрического пробоя в обратном направлении;
6. варикап — диод с управляемой напряжением емкостью ЭДП в обратном включении;
7. диод с накоплением заряда — импульсный диод с малым временем восстановления обратного сопротивления, выполненный методом диффузии примесей.

Приборы с иными разновидностями полупроводниковых структур:

1. диод Ганна — полупроводниковый прибор без p—n-перехода, использующий эффект доменной неустойчивости;
2. диод шоттки — прибор со структурой металл — полупроводник, с уменьшенным падением напряжения в прямом направлении;

Фотоэлектрические приборы со структурой типа p—i—n:

1. фотодиод — диод, преобразующий свет в разность потенциалов;
2. светодиод — диод, излучающий свет.

Также, помимо прочего, к диодам относят:

1. динистор, неуправляемый тиристор , имеющий слоистую p—n—p—n-структуру;

Плоскостные диоды обладают с высокими емкостными характеристиками . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . С увеличением частоты емкостное сопротивление понижается, что приводит к нарастанию его обратного тока. На больших частотах вследствие того в диоде есть емкость, величина его обратного тока может достичь значения прямого тока, и этот диод, таким образом, утратит свое основное свойство односторонней электропроводности. Для сохранения своих функциональных качеств необходимо снизить емкость диода. Это достигается с помощью всевозможных технологических и конструктивных методов, направленных на сокращения площади p-n-перехода.

В диодах, используемых в схемах, работающих с высокочастотным током, применяют изделия с точечными и микросплавными p-n-переходами. Нужный точечный p-n-переход, получается в месте контакта заостренного окончания специальной металлической иглы с полупроводником. При этом применяют способ электроформования, заключающемся в том, что через соединение проволоки и кристалла полупроводники протекают импульсы электрического тока, формирующие в месте их контакта p-n-переход. Микросплавными называются такие диоды, у которых p-n-переход создается при электроформовании контакта между пластинкой полупроводника и металлическим предметом с плоским торцом.

Выпрямительные диоды.

SMD форм-фактор не подходит для сильноточных диодов. Поэтому там изготавливают диоды в классическом корпусе с двумя выводами. При токах на диоде свыше 10 ампер необходимо уже обеспечивать принудительное охлаждение диода. Для этого они снабжаются болтом и гайкой для крепления к теплоотводящему радиатору. Сейчас серийно выпускаются выпрямительные диоды с максимально допустимым током до 2500 А и напряжением 2000 вольт. Такие модели изготавливаются в дисковом корпусе диаметром около 70 мм. Оба торца являются токоведущими выводами и теплоотводящими поверхностями. Выпрямительные диоды часто делаются в виде сборок по четыре (диодный мост).

Универсальные диоды.

Универсальные импульсные диоды применяются в большом количестве при изготовлении бытовых электронных устройств. Там с помощью них реализуют логические операции, выпрямляют токи небольшой величины. Объемы их выпуска наиболее велики. Цена на них при оптовой покупке составляет несколько центов и менее.

Стабилитроны и варикапы.

Стабилитроны являются простым сенсором, реагирующим на изменение напряжения. Именно такую функцию они выполняют в стабилизаторах напряжения. При помощи организации специальной схемы, маломощным стабилитроном можно стабилизировать значительные токи.

Варикапы являются неотъемлемым компонентом современных радиочастотных схем. Именно с помощью них осуществляется модуляция и перестройка частоты. Важнейшая характеристика варикапа — перекрываемая емкость и добротность. От этого зависит, на какой рабочей частоте может работать варикап. Для СВЧ схем требуются очень высокие значения добротности.

Основные характеристики и параметры диодов

• Вольт-амперная характеристика
• Максимально допустимое постоянное обратное напряжение
• Максимально допустимое импульсное обратное напряжение
• Максимально допустимый постоянный прямой ток
• Максимально допустимый импульсный прямой ток
• Номинальный постоянный прямой ток
• Прямое постоянное напряжение на диоде при номинальном токе (т. н. «падение напряжения»)
• Постоянный обратный ток, указывается при максимально допустимом обратном напряжении
• Диапазон рабочих частот
• Ёмкость
• Пробивное напряжение (для защитных диодов и стабилитронов)
• Тепловое сопротивление корпуса при различных вариантах монтажа
• Максимально допустимая мощность рассеивания

система параметров приводятся в справочниках.

Эта система позволяет правильно выбрать диод для применения в конкретных условиях.
Iпр – прямой ток, проходящий в прямом направлении,
Uпр – прямое напряжение,
Iпр max – максимально доступный прямой ток,
Uобр max – максимально доступное обратное напряжение,
Iобр – обратный ток диода,
Uобр – обратное напряжение диода – (постоянное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении).

• Вольт-амперная характеристика
• Максимально допустимое постоянное обратное напряжение
• Максимально допустимое импульсное обратное напряжение
• Максимально допустимый постоянный прямой ток
• Максимально допустимый импульсный прямой ток
• Номинальный постоянный прямой ток
• Прямое постоянное напряжение на диоде при номинальном токе (т. н. «падение напряжения»)
• Постоянный обратный ток, указывается при максимально допустимом обратном напряжении
• Диапазон рабочих частот
• Ёмкость
• Пробивное напряжение (для защитных диодов и стабилитронов)
• Тепловое сопротивление корпуса при различных вариантах монтажа
• Максимально допустимая мощность рассеивания

Пример: КД204А Iпр = 2 А, Uобрmax = 400 В,
Uпр = 1. 4 В, Iобр = 150 мкА
Диоды, как нелинейные элементы, характеризуются
статическим Rc = U/I
дифференциальным (динамическим) Rдиф = ∆U/∆I

Условное графическое изображение (УГО)диодов на схемах

Общее обозначение диода

Так обозначают на схемах выпрямительные, высокочастотные, импульсные диоды.

---

Обозначение стабилитронов

---

Обозначение двухстроннего стабилитрона

Двухсторонний стабилитрон чаще называют двуханодным. Главная прелесть состоит в том, что его можно включать независимо от полярности. Причем стабилитроны одной и той же марки могут быть как двухсторонними, так и односторонними, например, КС162, КС168, КС133 и др. бывают в железных корпусах (или в стекле) и они односторонние, а бывают в пластмассe обычно красного цвета — двуханодные.

---

Oбозначение варикапа

---

Обозначение варикапной матрицы

---

Обозначение туннельного диода

---

Oбозначение обращенного туннельного диода

---

Oбозначение диода с барьером Шотки (диод Шотки)

---

Oбозначение светодиода

---

Oбозначение фотодиода

Плоскостные

В зависимости от разработки диода его обозначение может включать дополнительные символы . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В любом случае вершина треугольника, примыкающая к осевой линии диода, указывает на направление протекания тока. В той части обозначения, где располагается треугольник , находится p-область, которую еще называют анодом или эмиттером, а со стороны, где к треугольнику примыкает отрезок , находится n-область, которую соответственно называют катодом, или базой.

Выпрямительные Стабилитрон Туннельные Варикапы Светодиоды Фотодиоды

Условные графические обозначения элементов, компонентов и устройств волоконно-оптических систем передачи с применением диодов

обозначение лазерных диодов

Система маркировки диодов

1 – исходный материал:
германий — буква Г или цифра 1 ;
кремний — буква К или цифра 2 ;
галлий — буква А или цифра 3 ;
индий — буква И или цифра 4
2 – тип прибора:
А — СВЧ диоды
В — варикап ы
Д — выпрямительные и импульсные
И — туннельные диоды
Л — излучающие диоды (светодиоды)
Н — диодные тиристоры ( динисторы )
С — стабилитрон ы
Ц — выпрямительные столбы и блоки
3 – цифры обозначают некоторые основные параметры диода (мощность) (для стабилитронов четвертый элементы характеризуют напряжение стабилизации),
4 – буквы и /или цифры, обозначающие порядковый номер разработки
5 — буква, определяющая классификацию по параметрам.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) диодов

Полупроводниковые диоды, назначение которых заключается в преобразовании переменного тока в постоянный ток, называются выпрямительными. Выпрямление переменного тока с использованием полупроводникового диода построено на основе его односторонней электропроводности, которая заключается в том, что диод создает очень малое сопротивление току, текущему в прямом направлении, и достаточно большое сопротивление обратному току.

Для того чтобы выпрямить ток большой силы не опасаясь теплового пробоя, конструкция диодов должна предусматривать значительную площадь p-n-перехода. В связи, с чем в выпрямительных полупроводниковых диодах задействуют специальные p-n-переходы соответствующие последнему слову науки и техники.

Технология создания p-n-перехода получается, за счет ввода в полупроводник p-или n-типа примеси, которая создает в нем область с противоположным значением электропроводности. Примеси можно добавлять методом сплавления или диффузии.

Диоды, получаемые методом сплавления, называют «сплавными», а изготавливаемые методом диффузии «диффузионными».

График стабилитрона

Вольтамперная характеристика (ВАХ) реального диода

Для технических целей используют ВАХ в линейных координатах.
При больших напряжениях обратного смещения в диоде может развиться пробой – резкое увеличение обратного тока при незначительном изменении напряжения. При лавинном пробое электроны в электрическом поле p-n перехода приобретают энергию, достаточную для ионизации собственных атомов полупроводника. Это приводит к лавинному размножению носителей заряда, резкому увеличению их локальной концентрации и соответственно тока. После развития лавинного пробоя диод не теряет свою работоспособность. Этот вид пробоя используется в полупроводниковых стабилитронах, о свойствах которых будет сказано далее.
Тепловой пробой развивается в результате локального разогрева области p-n перехода, и как следствия, увеличения концентрации носителей заряда. Тепловой пробой является необратимым, после которого диод теряет свои свойства и работоспособность.

Вольтамперная характеристика идеального диода

Стабилитронами стабилизируют уровень напряжения примерно от 3,5 Ви выше. Для стабилизации постоянного напряжения до 1 вольта применяют стабисторы. У стабисторов работает не обратная, а прямая часть вольтамперной характеристики. Поэтому их подсоединяют не в обратном, как делают со стабилитронами, а в прямом направлении. Электронные компоненты, такие как стабисторы и стабилитроны, как правило, изготовляются, из кремния.

Вольтамперная характеристика стабистора

Принцип действия универсального диода

Вольт-амперная характеристика диода описывается уравнением Шокли:

где

• — ток через диод,
• — напряжение между выводами,
• — темновой ток насыщения,
• — коэффициент идеальности,
• — термическое напряжение (около 25 мВ при 300 К),
• — абсолютная температура p—n-перехода,
• Кл — элементарный заряд,
• Дж/К — постоянная Больцмана.

Темновой ток насыщения — ток утечки диода, определяемый его конструкцией, является масштабным коэффициентом. Коэффициент идеальности — также конструктивная характеристика диода. Для идеального диода равен 1, для реальных диодов колеблется от 1 до 2 в зависимости от различных параметров (резкость перехода, степень легирования и пр.)

простейший выпрямитель

Простейший выпрямитель

В ходе положительного полупериода входного напряжения U1 диод Vработает в прямом направлении, его сопротивление маленькое и на нагрузке RH напряжение U2практически равно входящему напряжению.

График напряжения на входе и выходе простейшего однополупериодного выпрямителя

При отрицательном полупериоде данного входного напряжения диод включен в направлении обратно, где его сопротивление формируется значительно больше, чем сопротивление на нагрузке, и почти все входящее напряжение падает на диоде, а напряжение на нагрузке приближается к нулю В такой схеме для получения выпрямленного напряжения используется всего лишь один полупериод входящего напряжения, поэтому такой тип выпрямителей называется однополупериодным.

Простеший сабилизатор

Полупроводниковые диоды, которые используются для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке, называют стабилитронами. В стабилитронах задействован участок обратной участка вольтамперной характеристики в поле электрического пробоя.

Схема простейшего стабилизатора напряжения

В данном случае при изменении тока, проходящего через стабилитрон, от Iст. мин. до Iст. макс. напряжение на нем практически не изменяется. Если нагрузка RH включена параллельно стабилитрону, уровень напряжения на ней также будет оставаться неизменным в указанных пределах изменения тока, проходящего через стабилитрон.

Интересные факты о диодах

• В первые десятилетия развития полупроводниковой технологии точность изготовления диодов была настолько низкой, что приходилось делать «разбраковку» уже изготовленных приборов. Так, диод Д220 мог, в зависимости от фактически получившихся параметров, маркироваться и как переключательный (Д220А, Б), и как стабистор (Д220С) Радиолюбители широко использовали его в качестве варикапа.
• Диоды могут использоваться как датчики температуры.
• Диоды в прозрачном стеклянном корпусе (в том числе и современные SMD-варианты) могут обладать паразитной чувствительностью к свету (то есть радиоэлектронное устройство работает по-разному в корпусе и без корпуса, на свету). Существуют радиолюбительские схемы, в которых обычные диоды используются в качестве фотодиода и даже в качестве солнечной батаре

См. также:

• диодные схемы ,
• Стабилитроны
• Импульсные диоды
• Диоды Шоттки
• Варикапы (Варикап)
• высокотемпературная электроника , алмазная электроника , алмазный диод ,
• Туннельные диоды
• Обращенные диоды
• Полупроводниковые лазеры
• Полупроводниковые микросхемы
• Лазерные диоды
• Выпрямительные диоды
• Обращенный диод
• pin-диод
• Высокочастотные диоды
• Сверхвысокочастотные диоды
• Светодиоды
• Фотодиоды
• Лямбда-диод
• Кристаллический детектор
• Диодный мост
• p-n-переход

В общем, мой друг ты одолел чтение этой статьи об полупроводниковый диод. Работы в переди у тебя будет много. Смело пишикоментарии, развивайся и счастье окажется в ваших руках. Надеюсь, что теперь ты понял что такое полупроводниковый диод, вах диодов, классификация диодов, уго диодов, вольтамперная характеристика диодов, параметры диодов, простейший выпрямитель, простейший стабилизатор, диод и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Применение полупроводникового диода и принцип его действия

Руководитель проекта: 

Бибиков Дмитрий Николаевич

Учреждение: 

МАОУ Лицей № 180 г. Нижнего Новгорода

В индивидуальной учебной работе по физике на тему «Применение полупроводникового диода и принцип его действия» рассматривается понятие «полупроводник», дает определение простым полупроводникам, полупроводниковым химическим соединениям и полупроводниковым комплексам.

Подробнее о работе:

В рамках исследовательской работы по физике о полупроводниковом диоде были рассмотрены чистые полупроводники и примесные полупроводники, среди которых германий, кремний, полупроводниковые соединения типа АIIIВV, твердые растворы на основе соединений типа АIIIВV, полупроводниковые соединения типа АIIВVI и полупроводниковые соединения типа АIVВVI. В практической части работы представлены графики, подготовленные учащимся для изготовления полупроводникового диода.

В ходе учебного исследовательского проекта по физике «Применение полупроводникового диода и принцип его действия» учащийся 11 класса особое внимание уделил изучению строения полупроводникового диода, его показателей в состоянии покоя, а также работу при обратном и прямом включении. В рамках проекта был рассмотрен принцип действия и способы применения выпрямительного диода, полупроводникового стабилитрона, туннельного диода, обращенного диода, варикапа, светоизлучающих диодов и фотодиодов.

Оглавление

Введение
1. Полупроводник.
2. Общие сведения о материалах.
3. Полупроводниковый диод.
4. Применение и принцип действия полупроводникового диода
Заключение
Литература

Введение

К полупроводникам относятся материалы, свойства которых частично схожи со свойствами проводников, частично со свойствами диэлектриков. К ним относится большое количество веществ с электронной электропроводностью.

Основной особенностью полупроводников является их способность изменять свои свойства под влиянием различных внешних воздействий (изменение температуры, приложение электрического или магнитного полей и т.д.). Свойства полупроводников сильно зависят от содержания примесей. С введением примеси изменяется не только значение проводимости, но и характер её температурной зависимости.

Электрический ток в полупроводниках связан с дрейфом носителей заряда. Появление носителей заряда в полупроводниках определяется химической частотой и температурой.

Среди полупроводниковых материалов электронные полупроводники, полупроводниковые химические соединения и твердые растворы. Электрические свойства полупроводников определяются зонной структурой и содержанием примесей.

При любой температуре, отличной от абсолютного нуля, в полупроводнике за счет теплового возбуждения происходит генерация свободных электронов и дырок. Однако с процессом генерации обязательно протекает обратный процесс – рекомбинации носителей заряда. Основной характеристикой рекомбинации является время жизни.

Основным материалов полупроводниковой электроники является кремний. Для изготовления полупроводниковых приборов и устройств микроэлектроники используют как монокристаллические, так и поликристаллические материалы.

Цель: Исследовать работу полупроводникового диода.

Задачи:

1. Измерить вольт-амперную характеристику диода.
2. Изучить свойства p-n переходу у диода.

Полупроводник

Полупроводник — материал, по удельной проводимости занимающий промежуточное место между проводниками и диэлектриками, и отличающийся от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводников является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.

Полупроводниками являются кристаллические вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет порядка электрон-вольта (эВ). Например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам (около 7 эВ), а арсенид индия — к узкозонным (0,35 эВ). К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и другие), огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.).

Атом другого химического элемента в чистой кристаллической решётке (например, атом фосфора, бора и т. д. в кристалле кремния) называется примесью. В зависимости от того, отдаёт ли примесной атом электрон в кристалл (в вышеприведённом примере – фосфор) или захватывает его (бор), примесные атомы называют донорными или акцепторными. Характер примеси может меняться в зависимости от того, какой атом кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается.

Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры. Вблизи температуры абсолютного нуля полупроводники имеют свойства диэлектриков.

Общие сведения о материалах

Все полупроводниковые материалы делятся на простые полупроводники (ПП) или элементы, полупроводниковые химические соединения и полупроводниковые комплексы. В последнее время также изучаются стеклообразные и жидкие полупроводники. Простых ПП существует околодесяти. В современной технике особое значение приобрели кремний (Si), германий (Ge) и, частично, селен (Se).

Материалы	Атомный №	D W, эВ	Подвижн. электронов, см2/В* с	Подвижн. дырок, см2/В* с
Ge	32	0.67	3900	1900
Si	14	1.12	1400	500
Se	34	1.79	—	0.2* 10-4

Полупроводниковыми химическими соединениями являются соединения элементов различных групп таблицы Менделеева, соответствующие общим формулам АIIВVI (CdS, ZnSe), АIIIВV(InSb, GaAs, GaP ), АIVВVI (PbS, PbSe, PbTe), также некоторые оксиды и вещества сложного состава.

AIII BV

Материалы	D W, эВ	Подвижн. электронов, см2/В* с	Подвижн. дырок, см2/В* с
GaSb	0.7	5000	800
InSb	0.18	80000	1000
GaAs	1.4	8500	400
InAs	0.35	30000	500

AII BVI

Материалы	D W, эВ	Подвижн. электронов ,с см2/В* с	Подвижн. дырок, см2/В* с
ZnS	3.74	140	5
CdS	2.53	340	110
HgS	1.78	700	—
ZnSe	2.73	260	15

AIVBVI

Материалы	D W, эВ	Подвижн. электронов, см2/В* с	Подвижн. дырок, См2/В* с
PbS	0.39	600	700
CdS	0. 27	1200	1000
HgS	0.32	1800	900

К полупроводниковым комплексам можно отнести вещества с полупроводящей или проводящей фазой и карбида кремния, графита, сцепленных керамической или другой связкой. Наиболее распространенными из них являются тирит, силит и др. c шириной запрещенной зоны 0.75 ч 1.35 эВ.

Перейти к разделу: 2. Чистые полупроводники

1.Полупроводниковые диоды, принцип действия, характеристики:

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД — полупроводниковый прибор с двумя электродами, обладающий односторонней проводимостью. К полупроводниковым диодам относят обширную группу приборов с p-n-переходом, контактом металл — полупроводник и др. Наиболее распространены электропреобразовательные полупроводниковые диоды. Служат для преобразования и генерирования электрических колебаний. Один из основных современных электронных приборов.  Принцип действия полупроводникового диода:  В основе принципа действия полупроводникового диода — свойства электронно-дырочного перехода, в частности, сильная асимметрия вольт-амперной характеристики относительно нуля. Таким образом различают прямое и обратное включение. В прямом включении диод обладает малым электросопротивлением и хорошо проводит электрический ток. В обратном — при напряжении меньше напряжения пробоя сопротивление очень велико и ток перекрыт. Характеристики:

Прямое и обратное включение:

При прямом включении p-n-перехода внешнее напряжение создает в переходе поле, которое противоположно по направлению внутреннему диффузионному полю. Напряженность результирующего поля падает, что сопровождается сужением запирающего слоя. В результате этого большое количество основных носителей зарядов получает возможность диффузионно переходить в соседнюю область (ток дрейфа при этом не изменяется, поскольку он зависит от количества неосновных носителей, появляющихся на границах перехода), т.е. через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном диффузионной составляющей. Диффузионный ток зависит от высоты потенциального барьера и по мере его снижения увеличивается экспоненциально.

Повышенная диффузия носителей зарядов через переход привод к повышению концентрации дырок в области n-типа и электронов в области p-типа. Такое повышение концентрации неосновных носителей вследствие влияния внешнего напряжения, приложенного к переходу, называется инжекцией неосновных носителей. Неравновесные неосновные носители диффундируют вглубь полупроводника и нарушают его электронейтральность. Восстановление нейтрального состояния полупроводника происходит за счет поступления носителей зарядов от внешнего источника. Это является причиной возникновения тока во внешней цепи, называемого прямым.

При включении p-n-перехода в обратном направлении внешнее обратное напряжение создает электрическое поле, совпадающее по направлению с диффузионным, что приводит к росту потенциального барьера и увеличению ширины запирающего слоя. Все это уменьшает диффузионные токи основных носителей. Для неосновных носителе поле в p-n-переходе остается ускоряющим, и поэтому дрейфовый ток не изменяется.

Таким образом, через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном током дрейфа неосновных носителей. Поскольку количество дрейфующих неосновных носителей не зависит от приложенного напряжения (оно влияет только на их скорость), то при увеличении обратного напряжения ток через переход стремиться к предельному значению IS , которое называется током насыщения. Чем больше концентрация примесей доноров и акцепторов, тем меньше ток насыщения, а с увеличением температуры ток насыщения растет по экспоненциальному закону.

ВАХ:

На графике изображены ВАХ для прямого и обратного включения диода. Ещё говорят, прямая и обратная ветвь вольт-амперной характеристики. Прямая ветвь (Iпр и Uпр) отображает характеристики диода при прямом включении (то есть когда на анод подаётся «плюс»). Обратная ветвь (Iобр и Uобр) отображает характеристики диода при обратном включении (то есть когда на анод подаётся «минус»).

Синяя толстая линия – это характеристика германиевого диода (Ge), а чёрная тонкая линия – характеристика кремниевого (Si) диода. На рисунке не указаны единицы измерения для осей тока и напряжения, так как они зависят от конкретной марки диода.

Для начала определим, как и для любой плоской системы координат, четыре координатных угла (квадранта). Напомню, что первым считается квадрант, который находится справа вверху (то есть там, где у нас буквы Ge и Si). Далее квадранты отсчитываются против часовой стрелки.

Итак, II-й и IV-й квадранты у нас пустые. Это потому, что мы можем включить диод только двумя способами – в прямом или в обратном направлении. Невозможна ситуация, когда, например, через диод протекает обратный ток и одновременно он включен в прямом направлении, или, иными словами, невозможно на один вывод одновременно подать и «плюс» и «минус». Точнее, это возможно, но тогда это будет короткое замыкание. Остаётся рассмотреть только два случая – прямое включение диодаиобратное включение диода.

График прямого включения нарисован в первом квадранте. Отсюда видно, что чем больше напряжение, тем больше ток. Причём до какого-то момента напряжение растёт быстрее, чем ток. Но затем наступает перелом, и напряжение почти не меняется, а ток начинает расти. Для большинства диодов этот перелом наступает в диапазоне 0,5…1 В. Именно это напряжение, как говорят, «падает» на диоде. Эти 0,5…1 В и есть падение напряжения на диоде. Медленный рост тока до напряжения 0,5…1В означает, что на этом участке ток через диод практически не идёт даже в прямом направлении.

График обратного включения нарисован в третьем квадранте. Отсюда видно, что на значительном участке ток почти не изменяется, а затем увеличивается лавинообразно. Если увеличить, напряжение, например, до нескольких сотен вольт, то это высокое напряжение «пробьёт» диод, и ток через диод будет течь. Вот только «пробой» — это процесс необратимый (для диодов). То есть такой «пробой» приведет к выгоранию диода и он либо вообще перестанет пропускать ток в любом направлении, либо наоборот – будет пропускать ток во всех направлениях.

В характеристиках конкретных диодов всегда указывается максимальное обратное напряжение – то есть напряжение, которое может выдержать диод без «пробоя» при включении в обратном направлении. Это нужно обязательно учитывать при разработке устройств, где применяются диоды.

Сравнивая характеристики кремниевого и германиевого диодов, можно сделать вывод, что в p-n-переходах кремниевого диода прямой и обратный токи меньше, чем в германиевом диоде (при одинаковых значениях напряжения на выводах). Это связано с тем, что у кремния больше ширина запрещённой зоны и для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости им необходимо сообщить большую дополнительную энергию.

типы, классификация, принцип действия, характеристики, устройство и применение

Полупроводниковые диоды широко применяются в электронике и электронной промышленности. Они используются как самостоятельно, так и в качестве p-n-перехода транзисторов и многих других устройств. Как дискретный компонент диоды являются ключевой частью многих электронных схем. Они находят множество применений, начиная от маломощных приложений до выпрямителей тока.

Что такое диод?

В переводе с греческого название данного электронного элемента буквально обозначает «два вывода». Они называются анодом и катодом. В цепи ток проходит от анода к катоду. Полупроводниковый диод является односторонним элементом, и движение тока в противоположном направлении блокируется.

Принцип действия

Устройство полупроводниковых диодов очень разное. Это является причиной того, что существует много их типов, которые различаются как по номиналу, так и по исполняемым ими функциям. Тем не менее в большинстве случаев основной принцип работы полупроводниковых диодов одинаков. Они содержат р-n-переход, который и обеспечивает их базовую функциональность.

Этот термин обычно используется по отношению к стандартной форме диода. В действительности же он применим практически к любому их типу. Диоды составляют основу современной электронной промышленности. Все – от простых элементов и транзисторов до современных микропроцессоров – базируется на полупроводниках. Принцип действия полупроводникового диода основан на свойствах полупроводников. Технология опирается на группу материалов, внесение примесей в кристаллическую решетку которых позволяет получить участки, в которых носителями заряда являются дырки и электроны.

Р-n-переход

Диод р-n-типа получил свое название потому, что в нем используется р-n-переход, который позволяет току течь только в одном направлении. Элемент обладает и другими свойствами, которые также находят широкое применение. Полупроводниковые диоды, например, способны излучать и регистрировать свет, изменять емкость и регулировать напряжение.

P-n-переход является базовой полупроводниковой структурой. Как следует из названия, он представляет собой соединение между областями p- и n-типа. Переход позволяет носителям заряда двигаться только в одном направлении, что, например, дает возможность преобразовывать переменный ток в постоянный.

Стандартные диоды обычно производятся из кремния, хотя также используется германий и другие полупроводниковые материалы, в основном для специальных целей.

Вольт-амперная характеристика

Диод характеризуется вольт-амперной кривой, которую можно разделить на 2 ветви: прямую и обратную. В обратном направлении ток утечки близок к 0, но с ростом напряжения он медленно увеличивается и при достижении напряжения пробоя начинает резко возрастать. В прямом направлении ток быстро нарастает с увеличением приложенного напряжения выше порога проводимости, который составляет 0,7 В для диодов из кремния и 0,4 В из германия. Элементы, в которых используются другие материалы, имеют другие вольт-амперные характеристики и напряжения порога проводимости и пробоя.

Диод c р-n-переходом можно рассматривать как устройство базового уровня. Он широко используется во многих приложениях – от сигнальных цепей и детекторов до ограничителей или подавителей переходных процессов в индукционных или релейных катушках и выпрямителей высокой мощности.

Характеристики и параметры

Спецификации диодов предоставляют большой объем данных. При этом точные пояснения того, что они собой представляют, не всегда доступны. Ниже приведены подробные сведения о различных характеристиках и параметрах диода, которые приводятся в спецификациях.

Материал полупроводника

Материал, используемый в р-n-переходах, имеет первостепенное значение, поскольку он влияет на многие основные характеристики полупроводниковых диодов. Наиболее широко применяется кремний, поскольку он отличается высокой эффективностью и низкими производственными издержками. Еще одним часто используемым элементом является германий. Другие материалы, как правило, применяются в диодах специального назначения. Выбор полупроводникового материала важен, поскольку от него зависит порог проводимости – около 0,6 В для кремния и 0,3 В для германия.

Падение напряжения в режиме прямого тока (U пр.)

Любая электрическая цепь, через которую проходит ток, вызывает падение напряжения, и этот параметр полупроводникового диода имеет большое значение, особенно для выпрямления, когда потери мощности пропорциональны U пр. Кроме того, электронные элементы часто должны обеспечивать небольшое падение напряжения, поскольку сигналы могут быть слабыми, но им все же необходимо преодолеть его.

Это происходит по двум причинам. Первая заключается в самой природе р-n-перехода и является результатом напряжения порога проводимости, которое позволяет току преодолеть обедненный слой. Вторая составляющая – нормальные резистивные потери.

Показатель имеет большое значение для выпрямительных диодов, по которым могут проходить большие токи.

Пиковое обратное напряжение (U обр. max)

Это наибольшее обратное напряжение, которое полупроводниковый диод может выдержать. Его нельзя превышать, иначе элемент может выйти из строя. Это не просто среднеквадратичное напряжение входящего сигнала. Каждая цепь должна рассматриваться по существу, но для простого выпрямителя с одной полуволной со сглаживающим конденсатором следует помнить, что конденсатор будет удерживать напряжение, равное пику входного сигнала. Затем диод будет подвергаться действию пика входящего сигнала в обратном направлении, и поэтому в этих условиях будет иметь место максимальное обратное напряжение, равное пиковому значению волны.

Максимальный прямой ток (U пр. max)

При проектировании электрической цепи необходимо удостовериться в том, что не превышаются максимальные уровни тока диода. По мере увеличения силы тока выделяется дополнительное тепло, которое необходимо отводить.

Ток утечки (I обр.)

В идеальном диоде обратного тока не должно быть. Но в реальных р-n-переходах он есть из-за присутствия в полупроводнике неосновных носителей заряда. Сила тока утечки зависит от трех факторов. Очевидно, что наиболее значимым из них является обратное напряжение. Также ток утечки зависит от температуры – с ее ростом он значительно повышается. Кроме того, он сильно зависит от типа полупроводникового материала. В этом отношении кремний намного лучше германия.

Ток утечки определяется при определенном обратном напряжении и конкретной температуре. Обычно он указывается в микроамперах (μA) или пикоамперах (pA).

Емкость перехода

Все полупроводниковые диоды обладают емкостью перехода. Обедненная зона представляет собой диэлектрический барьер между двумя пластинами, которые формируются на краю обедненного участка и области с основными носителями заряда. Фактическое значение емкости зависит от обратного напряжения, которое приводит к изменению переходной зоны. Его увеличение расширяет обедненную зону и, следовательно, уменьшает емкость. Этот факт используется в варакторах или варикапах, но для других применений, особенно радиочастотных, этот эффект необходимо свести к минимуму. Параметр обычно указывается в pF при заданном напряжении. Для многих радиочастотных применений доступны специальные низкоомные диоды.

Тип корпуса

В зависимости от назначения полупроводниковые диоды производятся в корпусах разного типа и формы. В некоторых случаях, особенно при использовании в схемах обработки сигналов, корпус является ключевым элементом в определении общих характеристик этого электронного элемента. В силовых цепях, в которых важно рассеивание тепла, корпус может определять многие общие параметры диода. Устройствам большой мощности необходимо иметь возможность крепления к радиатору. Небольшие элементы могут производиться в свинцовых корпусах или в качестве устройств для поверхностного монтажа.

Типы диодов

Иногда бывает полезно ознакомиться с классификацией полупроводниковых диодов. При этом некоторые элементы могут относиться к нескольким категориям.

Обращенный диод. Хотя он и не так широко используется, представляет собой разновидность элемента р-n-типа, который по своему действию очень похож на туннельный. Отличается низким падением напряжения в открытом состоянии. Находит применение в детекторах, выпрямителях и высокочастотных переключателях.

Инжекционно-пролетный диод. Имеет много общего с более распространенным лавинно-пролетным. Используется в СВЧ-генераторах и системах сигнализации.

Диод Ганна. Не относится к р-n-типу, но представляет собой полупроводниковое устройство с двумя выводами. Он обычно используется для генерации и преобразования сигналов СВЧ в диапазоне 1-100 ГГц.

Светоизлучающий или светодиод – один из наиболее популярных типов электронных элементов. При прямом смещении ток, протекающий через переход, вызывает излучение света. В них используются составные полупроводники (например, арсенид галлия, фосфид галлия, фосфид индия), и они могут светиться разными цветами, хотя первоначально ограничивались только красным. Существует множество новых разработок, которые меняют способ функционирования и производства дисплеев, примером которых являются OLED-светодиоды.

Фотодиод. Используется для обнаружения света. Когда фотон попадает на p-n-переход, он может создавать электроны и дырки. Фотодиоды обычно работают в условиях обратного смещения, при которых можно легко обнаружить даже небольшой ток, возникающий в результате действия света. Фотодиоды можно использовать для генерации электроэнергии. Иногда в качестве фотоприемников применяются элементы pin-типа.

Pin-диод. Название электронного элемента хорошо описывает устройство полупроводникового диода. У него стандартные области р- и n-типа, но между ними существует внутренняя область без примесей. Она оказывает эффект увеличения площади области истощения, которая может быть полезна для переключения, а также в фотодиодах и т. д.

Стандартный р-n-переход можно рассматривать как обычный или стандартный тип диода, который используется сегодня. Они могут применяться в радиочастотных или других низковольтных устройствах, а также в высоковольтных и высокомощных выпрямителях.

Диоды Шоттки. Имеют более низкое прямое падение напряжения, чем стандартные кремниевые полупроводники р-n-типа. При малых токах оно может составлять от 0,15 до 0,4 B, a не 0,6 В, как у кремниевых диодов. Для этого они изготавливаются не как обычно – в них используется контакт металл-полупроводник. Они широко применяются в качестве ограничителей, выпрямителей и в радиоаппаратуре.

Диод с накоплением заряда. Представляет собой разновидность СВЧ-диода, используемого для генерации и формирования импульсов на очень высоких частотах. Его работа основана на очень быстрой характеристике отключения.

Лазерный диод. Отличается от обычного светоизлучающего, поскольку производит когерентный свет. Лазерные диоды применяются во многих устройствах – от DVD и CD-приводов до лазерных указок. Они намного дешевле других форм лазеров, но значительно дороже светодиодов. Отличаются ограниченным сроком эксплуатации.

Туннельный диод. Хотя сегодня он широко не используется, ранее применялся в усилителях, генераторах и переключающих устройствах, схемах синхронизации осциллографов, когда он был эффективнее других элементов.

Варактор или варикап. Используется во многих радиочастотных устройствах. У данного диода обратное смещение меняет ширину слоя истощения в зависимости от приложенного напряжения. В этой конфигурации он действует как конденсатор с областью истощения, выполняющей роль изолирующего диэлектрика, и пластинами, образованными проводящими областями. Применяется в генераторах, управляемых напряжением, и радиочастотных фильтрах.

Стабилитрон. Является очень полезным типом диода, поскольку обеспечивает стабильное опорное напряжение. Благодаря этому стабилитрон используется в огромных количествах. Работает в условиях обратного смещения и пробивается при достижении определенной разницы потенциалов. Если ток ограничен резистором, то это обеспечивает стабильное напряжение. Широко используется для стабилизации источников питания. В стабилитронах имеют место 2 вида обратного пробоя: разложение Зинера и ударная ионизация.

Таким образом, различные типы полупроводниковых диодов включают элементы для маломощных и высокомощных применений, излучающие и обнаруживающие свет, с низким прямым падением напряжения и переменной емкостью. В дополнение к этому существует ряд разновидностей, которые используются в СВЧ-технике.

Принцип работы полупроводникового диода с PN-переходом

Дата публикации: 03 мая 2013 г. | Обновлено: 03 мая 2013 г. | Категория: Проекты в области электроники | Автор: vanitha k | Уровень участника: Золотой | Очки: 40 |

В этой статье я объясню принцип работы полупроводникового диода с PN-переходом. Как вы знаете, диод работает как в прямом, так и в обратном смещении, поэтому подробно объясним оба с необходимыми кривыми ВАХ.

Базовая часть представляет собой общее описание полупроводников p- и n-типа и p-n-перехода, который необходимо найти. Полупроводниковый диод представляет собой биполярное устройство, состоящее из полупроводниковых кристаллов p- и n-типа. Поверхность сустава, образующая pn-переход. Между по-разному легированными полупроводниковыми подложками происходит перенос заряда. Часть электронов из области n-типа мигрирует в полупроводник p-типа. Они известны из положительных носителей заряда, дырок или дефектных электронов, которые притягиваются.
В области контакта оба полупроводниковых кристалла не являются электрически нейтральными. Полупроводниковая область n-типа образует положительный заряд. В соседнем полупроводнике p-типа создается область отрицательного заряда. При обесточивании процесс диффузии естественным образом останавливается. В области контакта обоих типов полупроводников лежит пограничный слой, тем самым зона пространственного заряда. Величина диффузионного напряжения полупроводникового материала и сила примеси зависят. В процессе диффузии пограничный слой обедняется свободными носителями заряда. Это высокий импеданс и барьерный слой.

Германиевые полупроводники обладают диффузионным напряжением прибл. (от 0,2 до 0,4) составляет 0,3 вольта.

Кремниевые полупроводники имеют диффузионное напряжение прибл. (от 0,4 до 0,8) 0,7 вольта.

Если к этому p-n переходу приложено внешнее напряжение, полярность определяется таким образом, может ли протекать ток. Находится на отрицательной клемме полупроводника p-типа и положительной клемме полупроводника n-типа, тогда барьерный слой расширяется. Измеряемые значения тока остаются в диапазоне мкА. При обратной полярности с положительного полюса к отрицательному выводу р-зоны, а на n-области барьерный слой разрушается. Он низкий и позволяет протекать току. Значения тока зависят от типа и конструкции диода от нескольких мА до кА. Полупроводниковый диод действует как механический обратный клапан. Течение тока может иметь место только в одном направлении и заблокировано в противоположном направлении.

Диод в прямом направлении

Обозначение схемы простого полупроводникового диода представляет собой замкнутую стрелку на вертикальной линии. Два электрода называются анодом и катодом. Направление стрелки сверху к полосе указывает направление тока проводящего диода. На следующей диаграмме показаны характеристики различных диодов в полосе пропускания.

Источник изображения:

Собственное создание с использованием программного обеспечения САПР

Достаточно далеко ниже порогового напряжения, прохождение тока (от 1 до 100) мкА практически неизмеримо. Барьерный слой не был удален, а p-n-переход является высокоомным.

Вблизи порогового значения напряжение увеличивается нелинейно, при этом истощается текущий блокирующий слой.

При превышении порогового напряжения происходит разрушение барьерного слоя и очень низкое сопротивление полупроводника. Прямой ток увеличивается очень сильно сильно. Оно не может превышать максимальное значение и должно ограничиваться последовательным резистором.
Возникающие тепловые потери при проводке полупроводника улучшают его проводимость. Каждое повышение температуры на 10 градусов удваивает количество свободных носителей заряда в кристалле у парных германиевых диодов, а у кремниевых диодов даже утраивает. Без ограничения тока компонент в конечном итоге уничтожается.

Необходимость пробить барьерное напряжение называется пороговым или пороговым напряжением. Оно соответствует диффузионному напряжению pn-перехода под напряжением. Напряжение выше порогового значения полупроводникового диода низкое и проводящее. Затем диод работает в прямом направлении или в полосе пропускания.

Полупроводниковые диоды не имеют постоянного значения сопротивления. Он является выбранной рабочей точкой. Область крутой кривой выше порогового напряжения, постоянное значение сопротивления постоянному току можно рассчитать с хорошим приближением по закону Ома. Номинал резистора рассчитывается как отношение напряжения и тока в рабочей точке.

Для более точных расчетов или использования диода в конкретных цепях необходимо использовать дифференциальное сопротивление, также называемое сопротивлением переменному току. Его можно определить графически, применив характеристику касательной к рабочей точке с помощью треугольника наклона.

Диод в полосе заграждения

Источник изображения:

Создано с помощью программы САПР

Диод работает в обратном направлении, когда потенциал анода более отрицательный по сравнению с катодом. Поток тока сводится к минимальному остаточному току, который до 10 7 раз меньше по сравнению с направлением потока. В полупроводниковом кристалле никогда не бывает так много примесей-носителей. Область p-типа обеспечивает электроны и электронные дырки, область n-типа и дырки в качестве неосновных носителей. Оба могут свободно проходить через барьер и вызывать обратный ток. Повышение температуры заметное увеличение обратного тока можно измерить, так как полупроводники относятся к числу горячих проводников.
По сравнению с кремниево-германиевыми диодами диоды имеют более высокие токи утечки. Максимальное запирающее напряжение германиевого диода ниже. Силовые диоды имеют более высокие значения тока утечки, так как их p-n переход имеет большую площадь поперечного сечения. На диаграмме показаны основные полные характеристические кривые двух типов диодов.

Диоды представляют собой устройства с p-n переходом.

Диоды имеют прямое и обратное направление.

В прямом направлении потенциал анода более положительный, чем потенциал катода.

Напряжение выше порогового значения диода очень низкое.

Диоды с высоким обратным напряжением

Выпрямитель в энергетике для отвода больших токов и высокого напряжения может надежно блокироваться одновременно. Однако до необходимой высокой степени легирования снижается максимальное обратное напряжение, так как эти полупроводники имеют лишь узкий барьер. Этот недостаток устраняется установкой дополнительного полупроводникового слоя. Между сильнолегированными полупроводниками p- и n-типа находится слаболегированная полупроводниковая область. Этот диапазон имеет низкое p- или n-легирование, высокое сопротивление и расширяется за счет барьерного слоя. Во включенном режиме этот промежуточный слой затем заполняется носителями заряда с обеих сторон и, таким образом, становится низким. Эти диоды называются полупроводниками PSN.

Источник изображения:

Собственное создание с использованием программного обеспечения САПР

Высоковольтные диоды на несколько киловольт, обратное напряжение обусловливает широкую нелегированную полупроводниковую область между кристаллами p- и n-типа. Это внутренний, внутренний слой, называемый i-зоной. При высоком обратном запирающем напряжении обедненная область распространяется на всю ширину i-области. В прямом направлении эта область заливается с обеих сторон подобно диодам PSN из электронов и дырок и с низким импедансом.

Важные граничные данные для диодов

Предельные значения, указанные производителями в технических описаниях, сохраняются для каждого из них. Во время работы некоторые значения не достигаются, это не влияет на другие пределы. При несоблюдении компонент уничтожается.

Обратное напряжение UR

До этого максимального напряжения постоянного тока диод в обратном или обратном направлении остается высокоомным. Кремниевые диоды имеют обратное напряжение до 4 кВ. Для германиевых диодов максимальное значение составляет около. 100 В. Селеновые диоды уже почти не применяются, только достигают (25…40) В.

Пиковое обратное напряжение URM

Значение представляет максимальное периодическое пиковое значение переменного напряжения в обратном направлении при рабочей частоте выше 20 Гц

Прямой ток IF и I0

Значение указывает максимально допустимое прямое или эффективное ток через диод не разрушается в полосе пропускания. Целевой ток I0 представляет собой среднее арифметическое прямого тока и немного ниже.

Максимальный пиковый ток IFM

Выражается в прямом направлении для рабочей частоты около 20 Гц при синусоидальных нагрузках. Это значение применяется к прямоугольным сигналам с коэффициентом заполнения 0,5.

Рассеиваемая мощность Ptot

Следовательно, речь идет о максимальной продолжительной мощности, не разрушающей полупроводник. Он рассчитывается как произведение напряжения на диоде и тока через диод. Кремниевые диоды допускают более высокую рассеиваемую мощность по сравнению с германиевыми диодами.

Температура перехода Tj

Полупроводниковый кристалл может нагреваться без необратимого повреждения до этой максимальной температуры. Самая высокая температура корпуса компонента низкая, так как тепло кристалла должно отводиться только наружу. Кристаллические кремниевые диоды выдерживают температуру до 190°С. В германиевых полупроводниках предел 100°С. Селеновые полупроводники выдерживают до 80°С.

Температура окружающей среды ТУ

Все пределы указаны для температуры окружающей среды 25°С, кроме стоимость указывается отдельно.

Некоторые характеристики диода

Следующие характеристики не соблюдаются, схема может проявлять неожиданные свойства. Вот некоторые важные параметры:

Прямое напряжение VF

Значение должно соответствовать заданному прямому току IF. Прямое напряжение обычно соответствует диффузионному напряжению p-n перехода в обесточенном состоянии.

Обратный ток IR

Приведены паспорта обратного тока для определенного обратного напряжения UR. Кремниевые диоды имеют самые низкие обратные токи. На порядок хуже германиевые диоды. Еще более высокие обратные токи имеют селеновые элементы.

Емкость диода CD

Диод, обедненную область барьерного слоя можно сравнить с электрическим потенциалом заряженного плоского конденсатора. Диоды с большой площадью поперечного сечения p-n перехода имеют высокие значения емкости. Значения находятся в диапазоне от нескольких пФ до 500 пФ пика диода в диодах с определенной емкостью.

Имеются диоды с очень коротким временем переключения, коммутационные диоды. Время обратного восстановления определяет верхнюю частоту, при которой диод все еще работает должным образом. На следующей диаграмме показано поведение универсального диода 1N4005, работающего на слишком высокой частоте. Входной сигнал представляет собой синусоидальное напряжение один раз, а другой раз — прямоугольное напряжение с пиковым значением 15 В на частоте 50 кГц. Диод включен как однополупериодный выпрямитель и измеряется выходное напряжение на нагрузочном резисторе кОм первые

Источник изображения:

Собственное создание с использованием программного обеспечения САПР

Из (от 0 до 10) потенциал анода более положительный, чем потенциал катода. Диод работает в режиме передачи и выходное напряжение равно входному напряжению. От (от 10 до 20) диод должен быть заперт, а выходное напряжение V равно 0. Это состояние достигается через 5 мкс. При этом вытекают носители заряда из области pn-перехода. После этого, исходя из зоны отчуждения, и диод не проводит.

Область, выделенная желтым цветом, допустимая рассеиваемая мощность диода может быть превышена очень быстро. Он рассчитывается как P tot = R · U I R. При высоком обратном напряжении UR протекает большой обратный ток I R, который соответствует первым микросекундам значения прямого тока.

График, принцип работы, свойства, применение

Полупроводниковое устройство с двумя контактами или двумя электродами, которое позволяет электрическому току течь только в одном направлении, блокируя электрический ток в противоположном или обратном направлении, известно как PN переходной диод. Это устройство имеет прямое смещение, позволяющее протекать электрическому току. С другой стороны, в условиях обратного смещения он блокирует прохождение электрического тока.

Диод — это полупроводниковый прибор, который работает как «токовый односторонний переключатель». Он позволяет току свободно течь в одном направлении, но значительно ограничивает ток в другом. Диоды могут преобразовывать переменный ток (ac) в пульсирующий постоянный ток (dc). Следовательно, они также известны как выпрямители (постоянного тока). Диоды классифицируются по типу, напряжению и способности пропускать ток по-своему. Каждый тип имеет различное применение в зависимости от его функционирования.

В этой статье мы узнаем об определении, графике, символе, принципе работы, условиях смещения, свойствах и применении диода с PN-переходом, а также о разнице между диодом Зенера и диодами с PN-переходом

Диод PN-перехода

Интерфейс или граница внутри полупроводникового устройства между полупроводниковым материалом P-типа и N-типа называется PN-переходом. P-сторона или положительная сторона полупроводника содержит больше дырок, чем N-сторона или отрицательная сторона, на которой больше электронов. PN-переход в полупроводнике создается в процессе легирования. Диод с PN-переходом представляет собой полупроводниковое устройство, которое формируется с помощью этого метода и используется для обеспечения протекания электрического тока в одном направлении и блокировки в противоположном.

Условное обозначение

Условное обозначение диода PN-перехода изображается в виде треугольника, указывающего на прямую или проходящего через одну вершину. Такое расположение показывает направление протекания тока в цепи от положительного вывода анода к отрицательному выводу катода.

Давайте сначала обсудим процесс легирования, чтобы лучше понять принцип работы диода с PN-переходом.

Метод, используемый для увеличения или уменьшения количества дырок и электронов в полупроводнике, известен как легирование

Для изготовления полупроводникового материала N-типа используются атомы с одним дополнительным валентным электроном, чем у кремния. Для этого используются элементы из V группы таблицы Менделеева. Эти элементы имеют 5 валентных электронов, из которых 4 участвуют в образовании ковалентной связи с кремнием, а дополнительный валентный электрон остается несвязанным. В результате в зону проводимости вводится больше электронов, что увеличивает общее количество электронов в системе.

Элементы из 3-й группы периодической таблицы смешиваются для создания полупроводника P-типа. В результате материалы P-типа имеют только три валентных электрона для взаимодействия с атомами кремния. Общий эффект представляет собой дыру, поскольку электронов недостаточно для создания четырех ковалентных связей, окружающих атомы и ядра. Количество электронов, захваченных связями, больше в материалах P-типа, что увеличивает количество дырок. В легированном материале всегда больше одного типа носителя, чем другого, и носитель с большей концентрацией называется «основным носителем», а носитель с меньшей концентрацией называется «неосновным носителем». Когда эти два типа полупроводников соединяются вместе, образуется диод с PN-переходом.

Принцип работы диода с PN-переходом

В диоде с PN-переходом ионизированный донор остается на N-стороне, когда электрон диффундирует с N-стороны на P-сторону, и на его стороне образуется слой положительного заряда. N-сторона перекрестка. Когда дырка перемещается со стороны P на сторону N, ионизированный акцептор остается на стороне P, вызывая накопление слоя отрицательных зарядов на стороне P перехода. Зона истощения определяется как область положительного и отрицательного заряда на каждой стороне соединения. По обе стороны от перехода возникает электрическое поле с направлением от положительного заряда к отрицательному.

Электрический потенциал между P- и N-областями изменяется при подаче внешнего потенциала на клеммы PN-перехода. В результате поток большинства носителей изменяется, позволяя электронам и дыркам диффундировать через PN-переход.

Считается, что диод находится в состоянии прямого смещения, если приложенное напряжение уменьшает ширину обедненного слоя, и обратного смещения, если приложенное напряжение увеличивает ширину обедненного слоя. Говорят, что диод находится в состоянии нулевого смещения или в несмещенном состоянии, если ширина обедненного слоя остается неизменной.

Условия прямого и обратного смещения PN-перехода Диод

Давайте подробно разберем принцип работы условий прямого и обратного смещения PN-перехода.

Прямое смещение

PN-переход смещен в прямом направлении, когда P-тип подключен к положительной клемме батареи, а N-тип подключен к отрицательной клемме. В этом состоянии приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле в PN-переходе имеют противоположные направления.

Сложение обоих электрических полей дает результирующее электрическое поле, поэтому результирующее электрическое поле оказывается меньше, чем встроенное электрическое поле. В результате зона истощения становится тоньше и менее устойчивой. При высоком приложенном напряжении сопротивление области обеднения становится незначительным. При 0,6 В сопротивление зоны обеднения в кремнии становится совершенно незначительным, позволяя току свободно течь по ней.

Обратное смещение

PN-переход имеет обратное смещение, когда P-тип подключен к отрицательной клемме батареи, а N-тип подключен к положительной стороне. В этом состоянии приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле имеют одинаковое направление. Результирующее электрическое поле и встроенное электрическое поле также имеют одинаковое направление, что приводит к более резистивной и более толстой области истощения. Увеличение приложенного напряжения приводит к образованию более толстой и устойчивой области истощения.

V-I Характеристики PN-перехода

Зависимость между напряжением на переходе и током в цепи известна как вольт-амперная (V-I) характеристика PN-перехода или полупроводникового диода. Обычно напряжение измеряется по оси x, тогда как ток измеряется по оси y.

V-I характеристики PN перехода можно объяснить в трех случаях:

• Нулевое смещение или несмещенное
• Прямое смещение
• Обратное смещение

В состоянии нулевого смещения не происходит движения дырок или электронов, так как внешний потенциал не приложен, что препятствует прохождению электрического тока через диод.

Когда диод PN-перехода находится в прямом смещении, P-тип подключается к положительной клемме внешнего напряжения, а N-тип подключается к отрицательной клемме. Такое расположение диодов снижает потенциальный барьер. При напряжении 0,7 В для кремниевых диодов и 0,3 В для германиевых диодов потенциальные барьеры уменьшаются и протекает ток.

Ток медленно растет, пока диод находится в прямом смещении, а формируемая кривая нелинейна, поскольку напряжение, подаваемое на диод, превышает потенциальный барьер. Как только диод преодолевает потенциальный барьер, он работает нормально, и кривая резко возрастает по мере увеличения внешнего напряжения, что дает линейную кривую.

Когда диод PN-перехода находится в отрицательном смещении, P-тип подключается к отрицательной клемме внешнего напряжения, а N-тип подключается к положительной клемме, что приводит к более высокому потенциальному барьеру. Поскольку в переходе присутствуют неосновные носители, сначала возникает обратный ток насыщения.

Difference between PN Junction Diode & Zener Diode

The differences between PN Junction Diode and Zener Diode are as follows:

PN Junction Diode	Zener Diode
The current flows in только в одном направлении	Ток может течь в обоих направлениях
Обедненный слой PN-перехода полностью повреждается при обратном смещении	В стабилитроне ток течет в обоих направлениях даже в состоянии обратного смещения
Область PN слегка легирована в диоде с PN-переходом, что делает область обеднения шире.	Область обеднения в стабилитроне уже, поскольку PN-переход сильно легирован.
Диод с PN-переходом в основном применяется в процессе выпрямления.	Стабилитроны в основном используются для регулирования напряжения.

Свойства диода с PN-переходом

Ниже приведены некоторые общие свойства диода с PN-переходом:

• Диод с PN-переходом способен выпрямлять электрический ток
• Он может создавать потенциальный барьер и использовать свои емкостные свойства
• PN-переход создает различные нелинейные вольт-амперные характеристики в полупроводниковом диоде
• Наиболее важным свойством является преобразование световой энергии в электрическую
• Диод с PN-переходом излучает, когда через него протекает ток.

Применение PN-диода

Ниже приведены некоторые из наиболее интересных применений PN-диодов.

• PN-диод используется в качестве тройного, удвоителя напряжения и учетверителя в схемах умножения напряжения, а также в качестве переключателя в различных электрических цепях.
• Они используются в многочисленных выпрямителях и варикапах для генераторов, управляемых напряжением.
• В то время как диод с PN-переходом излучает свет при смещении тока, поэтому он используется в светоизлучающих диодах (LED) и фотодиодах.
• Диоды с PN-переходом также могут использоваться для другого диода, называемого излучением, стимулируемым усилением света.
• В силовой электронике может использоваться в солнечных батареях.
• Применяется как в детекторе, так и в схеме демодулятора, поэтому его можно использовать в качестве детектора для схемы демодуляции.
• Используются в качестве клещей для регулировки опорного напряжения.
• Напряжение на диоде PN-перехода используется для создания датчиков температуры и опорных напряжений.

Вы можете найти больше таких замечательных учебных материалов и по другим темам физики. Получите помощь от экспертов в подготовке к экзаменам с помощью выборочных учебных материалов, пробных тестов и ценных советов, которые помогут вам получить более высокие оценки на экзамене. Загрузите бесплатное приложение Testbook, чтобы получить эксклюзивные предложения прямо сейчас.

Часто задаваемые вопросы о переходном диоде PN

В.1 Какова основная функция диода PN?

Ans.1 Основная функция диода PN-перехода в электрической цепи — пропускать электрический ток только в одном направлении и ограничивать его в другом.

Q.2 Как формируется диод с PN-переходом?

Ans.2 Диод с PN-переходом образуется путем соединения полупроводников P-типа и N-типа, где область P-типа содержит больше дырок, а область N-типа содержит большее количество электронов.

Q.3 Каковы характеристики диода с P-N переходом?

Ans.3 Диод с PN-переходом пропускает ток только в одном направлении. Его характеристики также могут быть описаны в виде кривой V-I в условиях нулевого, прямого и обратного смещения.

В.4 Сколько существует типов диодов с PN-переходом?

Ans. 4 В основном существует четыре типа диодов с PN-переходом: светоизлучающие диоды, стабилитроны, фотодиоды и солнечные элементы

?

Ans.5 Соотношение между напряжением на переходе и током в цепи известно как вольт-амперная характеристика PN-перехода или полупроводникового диода. Здесь напряжение измеряется по оси x, тогда как ток измеряется по оси y. Считается, что диод находится в состоянии прямого смещения, если приложенное напряжение уменьшает ширину обедненного слоя, и обратного смещения, если приложенное напряжение увеличивает ширину обедненного слоя. Он находится в состоянии нулевого смещения, если ширина обедненного слоя не меняется.

Скачать публикацию в формате PDF

Дополнительные сведения на testbook.com

Заземление: определение, типы, схемы и значение
Спутники Земли: определение, типы, снаряды и применение
4 Цепи от DllParason и DllParason и DllParason и DllParason. Магнитные цепи
Химические эффекты электрического тока: значение и применение
Типы двигателей постоянного тока: изучите различные типы двигателей постоянного тока и их применение

Полупроводниковый диод — Citizendium

	Основной артикул	Обсуждение	Статьи по теме   [?]	Библиография   [?]	Внешние ссылки   [?]	Версия для цитирования   [?]
	Эта редактируемая основная статья равна в разработке и подлежит отказу от ответственности . [изменить введение]

Содержимое

• 1 Тип
• 2 Электрические характеристики
• 3 Операция
  • 3.1 Смещение нуля
  • 3.2 Прямое смещение
  • 3.3 Обратное смещение
  • 3.4 Диодный закон
  • 3,5 Емкость
  • 3.6 Переходная характеристика
• 4 Примечания

(PD) Изображение: John R. Brews
Диодная структура Mesa (вверху) и плоская диодная структура с защитным кольцом (внизу).

Полупроводниковый диод представляет собой двухполюсное устройство, проводящее ток только в одном направлении, состоящее из двух или более слоев, из которых по крайней мере один является полупроводником. Примером может служить диод pn , изготовленный путем соединения полупроводникового слоя типа p с полупроводниковым слоем типа n . Для обсуждения легирующих примесей и терминологии р- и н- тип. см. легирующие примеси.

На рисунке показаны две из многих возможных структур, используемых для полупроводниковых диодов pn-, обе адаптированы для увеличения напряжения, которое устройства могут выдерживать при обратном смещении. В верхней структуре используется меза, чтобы избежать резкого искривления области p ⁺ — рядом с соседним слоем n-. Нижняя структура использует слегка легированное защитное кольцо p- на краю острого угла p ⁺ — слой для распространения напряжения на большее расстояние и уменьшения электрического поля. (Верхние индексы, такие как n ⁺ или n ^— , относятся к более тяжелым или более легким уровням легирования примесями.)

Типы

Полупроводниковые диоды бывают самых разных типов:

• pn -диод: Соединительный диод pn состоит из полупроводника n , соединенного с полупроводником p .
Стабилитрон
• : Зенеровский диод представляет собой особый тип диода pn , предназначенный для работы в области обратного пробоя и часто используемый в качестве регулятора напряжения. Напряжение пробоя в этих диодах иногда называют напряжением Зенера . В зависимости от диапазона напряжений, для которого предназначен диод, он может выйти из строя либо из-за зенеровского пробоя, либо из-за туннельного поведения электронов, либо из-за лавинного пробоя.
• Диод Шоттки: Диод Шоттки изготовлен из металла, такого как алюминий или платина, на слегка легированной полупроводниковой подложке.
Туннельный диод
• : Как и диод Зенера, туннельный диод (или диод Эсаки) состоит из сильно легированных слоев n- и p с очень резким переходом между двумя типами. Проводимость осуществляется за счет туннелирования электронов.
• Светодиод: Светодиод предназначен для преобразования электрического тока в свет.
• Фотодиод: Фотодиод представляет собой аналог светоизлучающего диода, действующий как фотодетектор, преобразующий падающий свет в обнаруживаемый электрический ток.
• штыревой -диод: штыревой -диод состоит из трех слоев: собственный (нелегированный) слой между слоями типа p — и n . Из-за его характеристик быстрого переключения он используется в микроволновых и радиочастотных приложениях.
• Диод Ганна: Диод Ганна представляет собой устройство с переносом электронов , основанное на эффекте Ганна в полупроводниках III-V, и используется для генерации микроволновых колебаний.
• Варактор: pn -переход, применяемый в обратном смещении в качестве регулируемого по напряжению конденсатора для настройки радиоприемников. Термин варактор также используется для устройств, которые ведут себя как встречно-параллельные стабилитроны.

Электрические характеристики

(PD) Изображение: Джон Р. Брюз
Неидеальные pn — вольт-амперные характеристики диода.

Идеальный диод имеет нулевое сопротивление для прямой полярности смещения и бесконечное сопротивление (проводит нулевой ток) для обратная полярность напряжения . Другими словами, полупроводниковый диод действует как электрический выпрямитель .

Полупроводниковый диод не идеален. Как показано на рисунке, диод не проводит заметно до тех пор, пока не будет достигнуто ненулевое напряжение колена (также называемое напряжением включения или напряжением включения ). Выше этого напряжения наклон вольтамперной кривой не бесконечен (сопротивление во включенном состоянии не равно нулю). В обратном направлении диод проводит ненулевой ток утечки (увеличен меньшим масштабом на рисунке) и при достаточно большом обратном напряжении ниже напряжение пробоя ток увеличивается очень быстро с более отрицательными обратными напряжениями.

Как показано на рисунке, сопротивления на и на представляют собой обратные наклоны ВАХ в выбранной точке смещения:

rD = ΔvDΔiD | vD = VBIAS , {\ displaystyle r_ {D} = \ left. {\ frac {\ Delta v_ {D}} {\ Delta i_ {D}}} \ right | _ {v_ {D }=V_{BIAS}}\ ,}

где r _D сопротивление и Δi _D — изменение тока, соответствующее изменению напряжения на диоде Δv _D при смещении v _D =V _BIAS .

Работа

Здесь рассматривается работа простого диода pn . Цель состоит в том, чтобы объяснить различные режимы смещения на рисунке. Работа описывается с помощью диаграмм изгиба зон, которые показывают, как самая низкая энергия зоны проводимости и самая высокая энергия валентной зоны изменяются в зависимости от положения внутри диода при различных условиях смещения. Дополнительные обсуждения см. в статье Полупроводник.

Нулевое смещение

(PD) Изображение: John R. Brews
Диаграмма изгиба полосы для pn-переходного диода при нулевом приложенном напряжении. Область истощения заштрихована.

На рисунке показана диаграмма изгиба полосы для pn -диода; то есть края зоны проводимости (верхняя линия) и валентной зоны (нижняя линия) показаны в зависимости от положения по обе стороны от соединения между материалом типа p (слева) и . Материал типа n (правая сторона). Когда p и область n одного и того же полупроводника сближены, а два контакта диода закорочены, уровень полузаполненности Ферми (штриховая горизонтальная прямая) находится на постоянном уровне. Этот уровень гарантирует, что в свободном от поля объеме по обеим сторонам перехода заселенность дырок и электронов будет правильной. (Так, например, электрону не обязательно покидать n -сторону и перемещаться на p -сторону через короткое замыкание, чтобы отрегулировать заселенность.)

Однако плоский уровень Ферми требует, чтобы полосы на стороне типа p перемещались выше, чем соответствующие полосы на стороне типа n , образуя ступеньку или барьер на краях зон, обозначенных φ _B . Этот шаг изменяет плотность электронов на стороне n-, чтобы она стала фактором Больцмана exp(− φ _B / V _th ), меньшим на стороне p-, чтобы соответствовать более низкому электронному плотность в 9{-\varphi _{B}/V_{th}}\ ,}

в любом положении внутри диода в состоянии равновесия. ^[1] Здесь p _B , n _B — объемные плотности основных носителей на стороне p- и на стороне n-.

В результате этого шага на краях зон обедненная область вблизи перехода становится обедненной как дырками, так и электронами, образуя изолирующую область почти без подвижных зарядов. Однако есть фиксированный, неподвижный заряжается из-за ионов легирующей примеси. Почти полное отсутствие подвижного заряда в обедненном слое означает, что присутствующих подвижных зарядов недостаточно для уравновешивания неподвижного заряда, вносимого ионами примеси: отрицательный заряд на стороне типа p из-за акцепторной примеси и положительный заряд на стороне сторона типа n из-за донорной легирующей примеси. Из-за этого заряда в этой области существует электрическое поле, определяемое уравнением Пуассона. Ширина обедненной области регулируется таким образом, чтобы отрицательный заряд акцептора на p -сторона точно уравновешивает положительный заряд донора на n -стороне, поэтому нет электрического поля вне обедненной области с обеих сторон.

В этой конфигурации полосы напряжение не подается и через диод не протекает ток. Чтобы пропустить ток через диод, необходимо подать прямое смещение , как описано далее.

Прямое смещение

(PD) Изображение: John R. Brews
Диаграмма изгиба полосы для pn-диода при прямом смещении. Диффузия гонит носителей через соединение.

(PD) Изображение: Джон Р. Брюс. Квазифермиевские уровни
и плотность носителей в диоде pn- с прямым смещением. На рисунке предполагается, что рекомбинация ограничена областями, где концентрация основных носителей близка к объемным значениям, что неверно, когда роль играют центры генерации рекомбинации в области поля.

При прямом смещении электроны инжектируются в материал p-, а дырки — в материал n-. Электроны в n 9Материалы типа 0413 называются основными носителями на этой стороне, но любые материалы, попадающие на сторону типа p , называются неосновными носителями . Те же дескрипторы применяются к дырам: они являются основными несущими на стороне типа p и неосновными несущими на стороне типа n .

Прямое смещение разделяет два объемных уровня половинной занятости на величину приложенного напряжения, что уменьшает разделение краев объемных полос типа p , чтобы они были ближе по энергии к краям n -тип. Как показано на диаграмме, шаг на краях зон уменьшается под действием приложенного напряжения до φ _B −v _D . (Диаграмма изгиба зон построена в единицах вольт, поэтому заряд электрона не может преобразовать v _D в энергию.)

При прямом смещении диффузионный ток течет (т. е. ток, обусловленный градиентом концентрации) дырок со стороны p в сторону n-, а электронов — в направлении, противоположном направлению n-.0406 n -сторона p- сторона. Градиент, управляющий этим переносом, устанавливается следующим образом: в объеме, удаленном от границы раздела, неосновные носители имеют очень низкую концентрацию по сравнению с основными носителями, например, плотность электронов на стороне p (где они являются неосновными носителями) является коэффициентом exp(− φ _B / V _th ) ниже, чем на стороне n- (где они являются основными несущими). С другой стороны, вблизи интерфейса приложение напряжения 9{v_{D}/V_{th}}\ .}

Тогда градиент, управляющий диффузией, представляет собой разницу между большой избыточной концентрацией неосновных носителей на барьере и низкой плотностью в объеме, и этот градиент управляет диффузией неосновные носители из интерфейса в основную часть. Количество инжектированных неосновных носителей уменьшается по мере того, как они перемещаются в объем механизмов рекомбинации , которые приводят избыточные концентрации к объемным значениям.

Рекомбинация может происходить при прямом столкновении с основным носителем, аннигилируя оба носителя, или через центр рекомбинации-генерации , дефект, который попеременно захватывает дырки и электроны, способствуя рекомбинации. Неосновные носители имеют ограниченное время жизни , и это время жизни, в свою очередь, ограничивает расстояние, на которое они могут диффундировать со стороны основных носителей в сторону неосновных носителей, так называемую длину диффузии . В светодиоде рекомбинация электронов и дырок сопровождается излучением света с длиной волны, связанной с энергетическим зазором между валентной зоной и зоной проводимости, поэтому диод преобразует часть прямого тока в свет.

Линии половинного заполнения для дырок и электронов не могут оставаться плоскими по всему устройству, поскольку они находятся в равновесии, а становятся квазиуровнями Ферми , которые меняются в зависимости от положения. Как показано на рисунке, электронный квазиуровень Ферми смещается с положением от равновесного уровня Ферми половинного заполнения в объеме n- к равновесному уровню половинного заполнения для дырок глубоко в объеме p-. Дырочный квазиуровень Ферми делает обратное. Два квазиуровня Ферми не совпадают, кроме как глубоко в объемных материалах.

На рисунке показано падение плотности основных носителей с уровней плотности основных носителей n _B , p _B в их соответствующих объемных материалах до уровня a фактор exp(−( φ _B − v _D )/ V _th ) меньше в верхней части барьера, который уменьшается от равновесного значения φ _B на величину прямого смещения диода v _D

3 90. Поскольку этот барьер расположен в противоположно легированном материале, инжектированные носители в положении барьера теперь являются неосновными носителями. По мере того, как происходит рекомбинация, плотности неосновных носителей падают с глубиной до их равновесных значений для объемных неосновных носителей, фактор exp(− φ _B / V _th ) меньше, чем их объемная плотность n _B , p _B в качестве основных носителей перед инжекцией. В этот момент квазиуровни Ферми воссоединяются с положениями объемных уровней Ферми.

Уменьшенный шаг на краях зон также означает, что при прямом смещении область обеднения сужается за счет выталкивания в нее дырок со стороны p и электронов со стороны n .

В простом pn -диод прямой ток увеличивается экспоненциально с напряжением прямого смещения из-за экспоненциального увеличения плотности носителей, поэтому всегда присутствует некоторый ток даже при очень малых значениях приложенного напряжения. Однако, если кого-то интересует какой-то конкретный уровень тока, для достижения этого уровня тока потребуется напряжение «колена». Например, очень часто в текстах о схемах с использованием кремниевых диодов выбирают В _Колено = 0,7 В. ^[2] Выше колена, конечно, ток продолжает расти экспоненциально. Некоторые специальные диоды, такие как некоторые варакторы, намеренно разработаны для поддержания низкого уровня тока до некоторого напряжения колена в прямом направлении.

Обратное смещение

(PD) Изображение: John R. Brews
Изгиб полосы для pn -диод в обратном смещении

(PD) Изображение: John R. Brews
Квазиферми-уровни в обратном смещении pn — диод .

При обратном смещении уровень заполнения для дырок снова имеет тенденцию оставаться на уровне объемного полупроводника типа p , в то время как уровень заполнения для электронов соответствует объемному полупроводнику типа n-. В этом случае края объемной полосы типа p приподняты относительно n объемного типа обратным смещением v _R , поэтому два объемных уровня занятости снова разделены энергией, определяемой приложенным напряжением. Как показано на диаграмме, такое поведение означает, что шаг краев зон увеличивается до φ _B +v _R , а обедненная область расширяется по мере того, как дырки отрываются от нее на p -стороне, а электроны на стороне n .

Когда применяется обратное смещение, электрическое поле в обедненной области увеличивается, оттягивая электроны и дырки дальше друг от друга, чем в случае нулевого смещения. Таким образом, любой текущий ток обусловлен очень слабым процессом генерации носителей внутри обедненной области из-за дефектов генерации-рекомбинации в этой области. Этот очень малый ток является источником тока утечки при обратном смещении. В фотодиоде обратный ток вводится за счет создания дырок и электронов в обедненной области падающим светом, таким образом преобразуя часть падающего света в электрический ток.

Когда обратное смещение становится очень большим, достигая напряжения пробоя, процесс генерации в области обеднения ускоряется, что приводит к 9{v_{D}/V_{th}}-1\right)\ ,}

с v _D постоянное напряжение на диоде, а I _R обратный ток насыщения , ток, протекающий при обратном смещении диода ( v _D большой и отрицательный). Символ V _th обозначает тепловое напряжение , V _th = k _B T/q ≈ 25 мВ при vins 2. 9{\frac {v_{D_{\}}}{nV_{th}}}-1\right)\ ,}

, где коэффициент идеальности , n вводится для моделирования более медленной скорости роста, чем согласно закону идеального диода. Используя это уравнение, сопротивление диода on- равно:

rD = 1diD / dvD ≈ nVthiD , {\ displaystyle r_ {D} = {\ frac {1} {di_ {D} / dv_ {D}}} \ приблизительно {\ frac {nV_ {th}} {i_ {D}}}\ ,}

сопротивление тем ниже, чем выше ток.

Емкость

Обедненный слой между сторонами n — и p перехода pn служит изолирующей областью, разделяющей два контакта диода. Таким образом, диод в обратном смещении имеет емкость обедненного слоя , иногда более расплывчато называемую емкостью перехода , аналогичную плоскому конденсатору с диэлектрической прокладкой между контактами. При обратном смещении ширина обедненного слоя увеличивается с увеличением обратного смещения v _R , и емкость соответственно уменьшается. Таким образом, переход служит конденсатором, регулируемым напряжением. В упрощенной одномерной модели емкость перехода равна:

CJ = κε0Aw (vR) , {\ displaystyle C_ {J} = \ kappa \ varepsilon _ {0} {\ frac {A} {w (v_ {R})}} \,}

с A площадь прибора, κ относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника, ε ₀ электрическая постоянная и w ширина истощения (толщина области, где плотность мобильных носителей незначительна).

При прямом смещении, помимо вышеупомянутой емкости обедненного слоя, происходит инжекция и диффузия заряда неосновных носителей. Существует диффузионная емкость , выражающая изменение заряда неосновных носителей, которое происходит при изменении прямого смещения. С точки зрения накопленного заряда неосновных носителей ток диода i _D равен:

iD = QDτT, {\ displaystyle i_ {D} = {\ frac {Q_ {D}} {\ tau _ {T}}} \,}

, где Q _D — заряд, связанный с диффузией неосновных носителей заряда, а τ _T — время прохождения , время, необходимое неосновному заряду для прохождения области инжекции. Типичные значения времени прохождения составляют 0,1–100 нс. ^[4] Исходя из этого, диффузионная емкость рассчитывается следующим образом:

CD = dQDdvD = τTdiDdvD = iDτTVth .{\ displaystyle C_ {D} = {\ frac {dQ_ {D}} {dv_ {D}}} = \ tau _ {T} {\ frac {di_ {D} }{dv_{D}}}={\frac {i_{D}\tau _{T}}{V_{th}}}\ . }

Вообще говоря, для обычных уровней тока при прямом смещении эта емкость значительно превышает емкость обедненного слоя.

Переходная характеристика

(PD) Изображение: John R. Brews
Схема слабого сигнала для диода pn-, управляемая сигналом тока, представленным в виде источника Нортона.

Диод является сильно нелинейным устройством, но для вариаций слабого сигнала его реакцию можно проанализировать с помощью схемы слабого сигнала , основанной на смещении постоянного тока, относительно которого предполагается изменение сигнала. Эквивалентная схема показана справа для диода, управляемого источником Нортона. Используя текущий закон Кирхгофа в выходном узле:

IS = (jω (CJ + CD) + 1rD + 1RS) VO , {\ displaystyle I_ {S} = \ left (j \ omega (C_ {J} + C_ {D}) + {\ frac {1 }{r_{D}}}+{\frac {1}{R_{S}}}\right)V_{O}\ ,}

с C _D диффузионная емкость диода, C _J емкость диодного перехода (емкость обедненного слоя) и r _D сопротивление диода, все в выбранной точке смещения покоя или Q-точке. Тогда выходное напряжение, обеспечиваемое этой схемой, равно:

VOIS = (RS∥rD) 1 + jω (CD + CJ) (RS∥rD) , {\ displaystyle {\ frac {V_ {O}} {I_ {S}}} = {\ frac {(R_ { S {\ mathit {\ parallel}} r_ {D})} {1 + j \ omega (C_ {D} + C_ {J}) (R_ {S} {\ mathit {\ parallel}} r_ {D} )}}\ ,}

с ( R _S ||r _D ) параллельная комбинация R _S и r _D 3 90. Этот трансрезистивный усилитель имеет угловую частоту , обозначенную f _C :

fC = 12π (CD + CJ) (RS∥rD) , {\ displaystyle f_ {C} = {\ frac {1} {2 \ pi (C_ {D} + C_ {J}) (R_ {S} { \mathit {\parallel }}r_{D})}}\ ,}

и для частот f >> f _C коэффициент усиления спадает с частотой по мере того, как конденсаторы закорачивают резистор r _D . Предположим, как и при включенном диоде, что C _D >> C _J и R _S >> r _D , найденные выше выражения для сопротивления и емкости диода дают:

fC = 12πnτT , {\ displaystyle f_ {C} = {\ frac {1} {2 \ pi n \ tau _ {T}}} \,}

, которое связывает угловую частоту со временем прохождения диода. τ _T .

Для диодов, работающих при обратном смещении, C _D равно нулю, а термин угловая частота часто заменяется частотой среза . В любом случае, при обратном смещении сопротивление диода становится довольно большим, хотя и не бесконечным, как предполагает закон идеального диода, и предположение, что оно меньше, чем сопротивление Нортона драйвера, может быть неточным. Емкость перехода мала и зависит от обратного смещения в _Р . Тогда частота среза равна:

fC = 12πCJ (RS∥rD) , {\ displaystyle f_ {C} = {\ frac {1} {2 \ pi C_ {J} (R_ {S} {\ mathit {\ parallel}} r_ {D })}}\ ,}

и изменяется при обратном смещении, поскольку ширина w(v _R ) изолирующей области, обедненной подвижными носителями, увеличивается с увеличением обратного смещения диода, уменьшая емкость. ^[5]

Примечания

1. ↑ ^{1,0 1,1} Джон Спаркс (1994). Полупроводниковые приборы , 2-е изд. CRC Press, с. 78. ISBN 0748773827.
2. ↑ Естественно, это напряжение зависит от выбранного уровня тока. Это напряжение для диода pn-перехода принимается по-разному равным 0,7 В и 0,5 В; см. AS Sedra and KF Smith (1998). «Глава 3: Диоды», Микроэлектронные схемы , 4-е изд. Издательство Оксфордского университета, с. 134 и Рисунок 3.8. ISBN 0195116631. .
3. ↑ Андрей Гребенников (2011). «§2.1.1: Диоды: принцип работы», Конструкция радиочастотного и микроволнового передатчика . Дж. Вили и сыновья, с. 59. ISBN 047052099X.
4. ↑ Нараин Арора (2007 г.). Моделирование MOSFET для имитации СБИС: теория и практика . Мировой научный, с. 539. ISBN 981256862X. Жан-Пьер Колинж, Синтия А. Колинж (2002). Физика полупроводниковых приборов , 2-е изд. Спрингер, с. 149. ISBN 1402070187.
5. ↑ Варактор представляет собой диод pn-, работающий в обратном смещении. См., например, В.С.Багад (2009 г.). «§5.8.1 Варакторный диод: принцип работы», Микроволновая и радиолокационная техника , 2-е изд. Технические публикации Пуна. ISBN 8184311214.

pn переходной диод и принцип его работы

9 октября 2018 г.

Диод с pn-переходом представляет собой монокристаллический полупроводниковый прибор с двумя выводами, одна сторона которого легирована акцепторами, а другая — донорами. Легирование акцептором создает полупроводник p-типа, а легирование донорами дает n-тип. Таким образом, в диоде образуется p-n переход.

Формирование p-n перехода в монокристалле из-за легирования материалом p-типа и n-типа показано на рисунке ниже.

На приведенном выше рисунке левая сторона кристалла относится к p-типу, а правая — к n-типу. Положительно заряженные донорные ионы n-типа показаны обведенным знаком плюс, а отрицательно заряженные акцепторные ионы показаны обведенным знаком минус. Обозначение схемы диода с pn-переходом показано ниже.

Принцип работы диода pn-перехода

Принцип работы диода с pn-переходом можно разделить на три категории: несмещенный pn-переход, pn-переход с прямым смещением и pn-переход с обратным смещением. Мы обсудим каждый из них один за другим.

Несмещенный диод с pn-переходом

Несмещенный означает, что к клеммам диода с pn-переходом не подключен источник напряжения. Исследуем явления, происходящие внутри перехода.

Поскольку p-сторона и n-сторона имеют дырки и электроны в качестве основного носителя, концентрация дырок больше на p-стороне, тогда как концентрация электронов больше на n-стороне. Из-за этой разницы в концентрации дырки начнут диффундировать в сторону n, а электроны начнут диффундировать в сторону p. В этом процессе дырки и электроны рекомбинируют и, следовательно, нейтрализуются. В результате акцепторные ионы вблизи p-стороны и донорные ионы вблизи n-стороны остаются ненейтрализованными. Этот ненейтрализованный ион вблизи pn-перехода называется непокрытым зарядом. Положительный и отрицательный непокрытые заряды создают электрическое поле на p-n-переходе. Направление этого электрического поля — от стороны n к стороне p. Это электрическое поле, создаваемое непокрытыми зарядами в диоде с p-n переходом, называется барьерным полем. Это барьерное поле противодействует диффузии дырок и электронов, и равновесие достигается, когда напряженности этого барьерного поля достаточно, чтобы остановить дальнейшую диффузию дырок и электронов через p-n-переход. После этого дальнейшего распространения большинства носителей не будет. Таким образом, в окрестности перехода отсутствуют какие-либо свободные заряды, и поэтому эта область pn-перехода называется 9-й.1252 Район истощения . Термины истощение сами по себе означают, что происходит истощение свободных зарядов в области, т.е. pn-переходе.

Разность потенциалов между p-n переходом называется барьерным потенциалом . Основной причиной возникновения барьерного потенциала является разделение зарядов за счет процесса диффузии. Это приводит к созданию барьерного поля и, следовательно, связанного с ним барьерного потенциала. Значение этого барьерного потенциала зависит от полупроводника, легирования и ширины обедненной области. Чем больше ширина обедненной области, тем больше будет барьерный потенциал.

Из-за этого барьерного потенциала необходимо совершить работу, чтобы переместить дырку из p-стороны в n-сторону. То же самое и с электроном. Если потенциал барьера принять равным V _B , то работа, необходимая для перевода дырки из стороны p в сторону n, будет равна эВ _B . Таким образом, мы наблюдаем, что существует барьерный потенциал на p-n переходе диода. Итак, мы должны быть в состоянии измерить это с помощью вольтметра? Если вы когда-нибудь попытаетесь измерить это напряжение, подключив провод вольтметра к клеммам диода, вы получите нулевое показание. Разве это не противоречие? Верно, что существует барьерный потенциал, но в то же время верно и то, что существует контактное падение напряжения между полупроводником и металлическим контактом. Потенциал барьера точно уравновешен контактным потенциалом на контактах металл-полупроводник на концах выводов диода. По этой причине вольтметр не может измерить барьерный потенциал диода.

Подводя итог, можно сказать, что в несмещенном диоде с pj-переходом ток отсутствует. Это просто устройство в этом состоянии.

Диод pn-перехода с прямым смещением

Диод с pn-переходом называется смещенным в прямом направлении, если положительная пластина батареи подключена к стороне p, а отрицательная пластина — к стороне n. Диод с прямым смещением показан на рисунке ниже.

Поскольку p- и n-стороны соединены с положительной и отрицательной пластиной батареи соответственно, положительная пластина будет смещать отверстия на p-стороне к n-стороне и притягивать электроны с n-стороны к p-стороне. Точно так же отрицательная пластина будет отталкивать электроны на стороне n и притягивать дырки на стороне p. Таким образом, и положительная, и отрицательная пластины создают силу для потока дырок и электронов. Если напряжение батареи больше потенциала барьера, дырки и электроны будут иметь достаточно энергии, чтобы пересечь p-n-переход. После этого через диод pn-перехода начнется протекание тока. Следует также отметить, что ширина обедненной области будет уменьшаться при прямом смещении. Таким образом, в диоде с прямым смещением ток течет от анода к катоду или от стороны p к стороне n, как показано на рисунке выше.

Подводя итог, можно сказать, что диод с прямым смещением действует как замкнутый переключатель при условии, что напряжение прямого смещения должно быть выше потенциала барьера. Если напряжение прямого смещения меньше барьерного потенциала, энергии, сообщаемой батареей электронам и дыркам, будет недостаточно для пересечения p-n-перехода. Следовательно, он будет блокировать поток тока. Таким образом мы наблюдаем, что диод не двухсторонний прибор. Обратите внимание, что двустороннее устройство является однократным, что позволяет протекать току в обоих направлениях.

Диод с p-n-переходом обратного смещения

Диод с p-n-переходом называется смещенным в обратном направлении, если положительная пластина батареи подключена к n-стороне, а отрицательная — к p-стороне. Диод с обратным смещением показан на рисунке ниже.

В условиях обратного смещения ширина обедненной области увеличивается по мере того, как напряжение батареи оттягивает дырки на p-стороне и электроны на n-стороне от перехода. Таким образом, не будет потока дырок и электронов через переход. Следовательно, через диод pn-перехода не будет протекать ток.

Но поток неосновных носителей, то есть электронов на p-стороне и дырок на n-стороне, остается неизменным. Следует отметить, что концентрация неосновного носителя зависит от температуры. Это термически генерируемые неосновные носители в p- и n-сторонах. Из-за потока неосновных носителей через переход небольшой ток течет от катода к аноду. Этот ток называется обратным током насыщения. Значение обратного тока насыщения не зависит от напряжения обратного смещения, но зависит от температуры перехода. Его значение увеличивается с увеличением температуры перехода. Поток обратного тока насыщения I _s показан на рисунке выше.

Диод с p-n переходом с обратным смещением действует как разомкнутый переключатель и блокирует протекание тока от анода к катоду.

Что следует помнить

• Диод с p-n переходом, смещенным в прямом направлении, действует как замкнутый переключатель при условии, что напряжение прямого смещения должно быть больше, чем потенциал его барьера.
• Ширина обедненной области уменьшается с увеличением прямого смещения.
• Диод с обратным смещением не проводит ток и, следовательно, действует как разомкнутый переключатель.
• Ширина области обеднения увеличивается с увеличением напряжения обратного смещения.
• Небольшой обратный ток течет со стороны n на сторону p в диоде с pn-переходом с обратным смещением или просто в диоде. Этот ток называется обратным током насыщения.
• Значение обратного тока насыщения не зависит от обратного напряжения смещения. Его значение зависит от температуры перехода. Чем выше температура перехода, тем больше будет величина обратного тока насыщения.

Как работает полупроводник | Свойства, типы и использование полупроводников

Как работает полупроводник – свойства, типы и использование полупроводников.

Как работает полупроводник. Такие полупроводники, как углерод, кремний и германий, обладают уникальным свойством электронной структуры.

Содержание:

Что такое полупроводник?

Полупроводник можно определить как материал, обладающий характеристиками и способностью проводить небольшое количество электрического тока.

Полупроводники имеют гораздо меньшее сопротивление протеканию электрического тока в одном направлении, чем в другом. Основные электронные компоненты, такие как диоды, транзисторы и многие фотоэлектрические элементы, содержат полупроводниковые материалы. Электропроводностью полупроводникового устройства можно управлять в широком диапазоне постоянно или динамически.

Читайте также:

• 10 крупнейших полупроводниковых компаний Тайваня
• 10 ведущих компаний-производителей полупроводников в Индии

Свойства полупроводника. Материалы, используемые для изготовления полупроводника?

Существует несколько материалов, которые используются для изготовления полупроводников. Основное химическое требование к полупроводнику состоит в том, что он не должен быть ни очень хорошим проводником электричества, ни очень плохим проводником электричества. Его свойства можно изменить, добавляя или удаляя атомы. Кремний — наиболее широко используемый полупроводниковый материал . Немногие другие материалы, используемые в производстве полупроводников, включают германий, арсенид галлия и карбид кремния.

Читайте также:

• 10 ведущих производителей полупроводников в США
• 50 крупнейших компаний-производителей полупроводников в мире

Как производятся полупроводники?

Производство полупроводников требует знаний и опыта, а также знаний в области химии и физики. Химические вещества, которые будут использоваться, должны быть чистыми и свободными от любых примесей. Процесс добавления контролируемых примесей в полупроводник известен как легирование. Кремниевые пластины являются важным компонентом в производстве полупроводников .

Процесс производства полупроводников

1. Дизайн / создание маски : На этом этапе определяется функция полупроводника / ИС, разрабатывается электрическая схема и создается маска для производства ИС на основе дизайн.
2. Создание шаблона : Эта процедура используется для формирования шаблона схемы во время различных интерфейсных процессов.
3. Изготовление пластины : На этом этапе ИС создается на кремниевой подложке (пластине).
4. Формирование устройства / Формирование изоляционного слоя устройства : Слой изоляции устройства (окисная пленка поля) формируется для электрической изоляции устройств.
5. Формирование устройства / Формирование транзистора : Транзисторы формируются в активных областях для управления потоком электронов.
6. Металлизация : Устройства, такие как транзисторы, соединяются между собой, образуя электронную схему.
7. Сборка и тестирование : На этом этапе микросхемы, созданные на этапе изготовления пластины, помещаются в пакеты и тщательно проверяются, прежде чем стать готовым продуктом.

How Semiconductor Works

Все полупроводниковые материалы, такие как кремний, германий, арсенид галлия и карбид кремния, обладают уникальным свойством — все они имеют 4 электрона на внешней орбите. Все 4 электрона образуют идеальные ковалентные связи с четырьмя другими атомами, создавая решетку для формирования кристаллов. Эти кристаллы могут выглядеть как алмаз ( , если в качестве полупроводникового материала используется углерод ), или он может выглядеть как серебристое металлическое вещество (, если в качестве полупроводникового материала используется кремний ).

Большинство полупроводников изготавливается с использованием кремния, так как он в изобилии доступен на Земле и с ним легко работать. Когда « нечистое » вещество, такое как бор или галлий, вводится в небольшом количестве, это приводит к тому, что кристалл кремния становится нестабильным. Эта нестабильность допускает свободное движение электронов. Свободное движение электронов вызывает дисбаланс электронов. Этот дисбаланс электронов может генерировать заряд, который может быть либо положительным зарядом (если электронов меньше), либо отрицательным зарядом (если электронов больше).

Заключительные слова о том, как работает полупроводник

Кремний является наиболее широко используемым полупроводниковым материалом. Электроны заряжены отрицательно, а протоны положительно заряжены, а нейтрон не имеет заряда. Полупроводники работают за счет дисбаланса электронов, несущих отрицательный заряд. Этот дисбаланс электронов генерирует положительные (, где есть избыточные протоны ) и отрицательные заряды (, где есть избыточные электроны ) на двух концах поверхностей полупроводникового материала. Так работает полупроводник.

Похожие сообщения:

• Активные и пассивные электронные компоненты
• Печатная плата: конструкция, схема и сборка
• Основы чистых помещений в производстве или научных исследованиях
• Компании солнечной энергии в Индии – Список компаний солнечной энергии
• Топ-10 компаний по производству солнечной энергии в Индии, котирующихся на фондовом рынке
• 10 крупнейших мировых компаний по производству солнечной энергии
• Как работают солнечные фотоэлектрические элементы

Принципы работы полупроводниковых приборов | Электрические свойства материалов

Фильтр поиска панели навигации Oxford Academic Электрические свойства материалов (10-е изд. ) Атомная, молекулярная и оптическая физикаФизика конденсированного состоянияКнигиЖурналы Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Oxford Academic Электрические свойства материалов (10-е изд.) Атомная, молекулярная и оптическая физикаФизика конденсированного состоянияКнигиЖурналы Термин поиска на микросайте

Расширенный поиск

• Иконка Цитировать Цитировать

• Разрешения

• Делиться
  • Твиттер
  • Подробнее

Cite

Solymar, L. , D. Walsh, and R. R. A. Syms,

‘Принципы полупроводниковых устройств’

,

Электрические свойства материалов

, 10th Edn

(

Oxford,

2018;

онлайн EDN,

, 180003

EDN,

, 180003

,

, 180003

,

, 180003, 180003

.

), https://doi.org/10.1093/oso/9780198829942.003.0009,

, по состоянию на 3 октября 2022 г.

Выберите формат Выберите format.ris (Mendeley, Papers, Zotero).enw (EndNote).bibtex (BibTex).txt (Medlars, RefWorks)

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Oxford Academic Электрические свойства материалов (10-е изд.) Атомная, молекулярная и оптическая физикаФизика конденсированного состоянияКнигиЖурналы Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Oxford Academic Электрические свойства материалов (10-е изд. ) Атомная, молекулярная и оптическая физикаФизика конденсированного состоянияКнигиЖурналы Термин поиска на микросайте

Advanced Search

Abstract

Сначала исследуются p–n-переходы, и распределение потенциала в области перехода определяется на основе уравнения Пуассона. Далее обсуждается работа транзистора как с точки зрения физики, так и с точки зрения эквивалентных схем. Выведены распределения потенциала в переходах металл-полупроводник и введено понятие поверхностных состояний. Физика туннельных переходов обсуждается с точки зрения их зонной структуры. Описаны свойства варакторных диодов и затронута возможность параметрического усиления. Другими обсуждаемыми устройствами являются полевые транзисторы, устройства с зарядовой связью, управляемые выпрямители и эффект Ганна. Обсуждается изготовление микроэлектронных схем, за которым следует более поздняя, ​​но родственная область микроэлектромеханических систем. Вводится дисциплина наноэлектроника, в том числе роль углеродных нанотрубок. Наконец, обсуждается влияние развития полупроводниковой технологии на общество.

Ключевые слова: p–n-переходы, транзисторы, полевые транзисторы, варакторы, устройства с зарядовой связью, управляемые выпрямители, наноэлектроника, микроэлектронные схемы, микроэлектромеханические системы, третье измерение, широкозонные полупроводники

Предмет

Физика конденсированного состояния Атомная, молекулярная и оптическая физика

В настоящее время у вас нет доступа к этой главе.

Войти

Получить помощь с доступом

Получить помощь с доступом

Доступ для учреждений

Доступ к контенту в Oxford Academic часто предоставляется посредством институциональных подписок и покупок. Если вы являетесь членом учреждения с активной учетной записью, вы можете получить доступ к контенту одним из следующих способов:

Доступ на основе IP

Как правило, доступ предоставляется через институциональную сеть к диапазону IP-адресов. Эта аутентификация происходит автоматически, и невозможно выйти из учетной записи с IP-аутентификацией.

Войдите через свое учреждение

Выберите этот вариант, чтобы получить удаленный доступ за пределами вашего учреждения. Технология Shibboleth/Open Athens используется для обеспечения единого входа между веб-сайтом вашего учебного заведения и Oxford Academic.

1. Щелкните Войти через свое учреждение.
2. Выберите свое учреждение из предоставленного списка, после чего вы перейдете на веб-сайт вашего учреждения для входа.
3. Находясь на сайте учреждения, используйте учетные данные, предоставленные вашим учреждением. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
4. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если вашего учреждения нет в списке или вы не можете войти на веб-сайт своего учреждения, обратитесь к своему библиотекарю или администратору.

Войти с помощью читательского билета

Введите номер своего читательского билета, чтобы войти в систему. Если вы не можете войти в систему, обратитесь к своему библиотекарю.

Члены общества

Доступ члена общества к журналу достигается одним из следующих способов:

Войти через сайт сообщества

Многие общества предлагают единый вход между веб-сайтом общества и Oxford Academic. Если вы видите «Войти через сайт сообщества» на панели входа в журнале:

1. Щелкните Войти через сайт сообщества.
2. При посещении сайта общества используйте учетные данные, предоставленные этим обществом. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
3. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если у вас нет учетной записи сообщества или вы забыли свое имя пользователя или пароль, обратитесь в свое общество.

Вход через личный кабинет

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам. Смотри ниже.

Личный кабинет

Личную учетную запись можно использовать для получения оповещений по электронной почте, сохранения результатов поиска, покупки контента и активации подписок.

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам.

Просмотр учетных записей, вошедших в систему

Щелкните значок учетной записи в правом верхнем углу, чтобы:

• Просмотр вашей личной учетной записи и доступ к функциям управления учетной записью.
• Просмотр институциональных учетных записей, предоставляющих доступ.

Выполнен вход, но нет доступа к содержимому

Oxford Academic предлагает широкий ассортимент продукции.