Структура диода: Диоды. Устройство и работа. Характеристики и особенности

Содержание

Диоды. Устройство и работа. Характеристики и особенности

Самым простым по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, имеющие в конструкции всего два электрода, между которыми существует проводимость электрического тока в одну сторону. Такой вид проводимости в полупроводниках создается благодаря их внутреннему устройству.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода, нельзя понять его принципа действия. Структура диода состоит из двух слоев с проводимостью различного вида.

Диод состоит из следующих основных элементов:
  • Корпус. Выполняется в виде вакуумного баллона, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
  • Катод. Он расположен внутри баллона, служит для образования эмиссии электронов. Наиболее простым устройством катода является тонкая нить, раскаляющаяся в процессе действия. Современные диоды оснащены косвенно накаляющимися электродами, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, имеющего возможность испускать электроны.
  • Подогреватель. Это особый элемент в виде нити, раскаляющейся от электрического тока. Подогреватель расположен внутри косвенно накаляющегося катода.
  • Анод. Это второй электрод диода, служащий для приема электронов, вылетевших от катода. Анод имеет положительный потенциал, по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего так же, как и катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
  • Кристалл. Его материалом изготовления является германий или кремний. Одна часть кристалла имеет р-тип с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется р-n переходом.

Эти особенности конструкции диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями, и свойствами полупроводника при нахождении в этих состояниях. Рассмотрим подробнее основные виды подключений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри него все равно происходят своеобразные процессы. В районе «n» есть излишек электронов, что создает отрицательный потенциал. В области «р» сконцентрирован положительный заряд. Совместно такие заряды создают электрическое поле.

Так как заряды с разными знаками притягиваются, то электроны из «n» проходят в «р», при этом заполняют дырки. В итоге таких процессов в полупроводнике появляется очень слабый ток, увеличивается плотность вещества в области «р» до определенного значения. При этом частицы расходятся по объему пространства равномерно, то есть, происходит медленная диффузия. Вследствие этого электроны возвращаются в область «n».

Для многих электрических устройств направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода же, большое значение имеет направление протекания тока. Основной задачей диода является пропускание тока в одном направлении, чему благоприятствует переход р-n.

Обратное включение

Если диоды подсоединять к питанию по изображенной схеме, то ток не будет проходить через р-n переход. К области «n» подсоединен положительный полюс питания, а к «р» — минусовой. В итоге электроны от области «n» переходят к плюсовому полюсу питания. Дырки притягиваются минусовым полюсом. На переходе возникает пустота, носители заряда отсутствуют.

При повышении напряжения дырки и электроны осуществляют притягивание сильнее, и на переходе нет носителей заряда. При обратной схеме включения диода ток не проходит.

Повышение плотности вещества возле полюсов создает диффузию, то есть, стремление к распределению вещества по объему. Это возникает при выключении питания.

Обратный ток

Вспомним о работе неосновных переносчиков заряда. При запертом диоде, через него проходит малая величина обратного тока. Он и образуется от неосновных носителей, двигающихся в обратном направлении. Такое движение возникает при обратной полярности питания. Обратный ток обычно незначительный, так как число неосновных носителей очень мало.

При возрастании температуры кристалла их число повышается и обуславливает повышение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для того, чтобы ограничить температуру работы полупроводников, их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое включение

Поменяем местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут отходить от отрицательного полюса, и проходить к переходу. На стороне «р» дырки, имеющие положительный заряд, оттолкнутся от положительного вывода питания. Поэтому электроны и дырки начнут стремительное движение друг к другу.

Частицы с разными зарядами скапливаются возле перехода, и между ними образуется электрическое поле. Электроны проходят через р-n переход и двигаются в область «р». Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные проходят к положительному полюсу питания. Возникает прямой ток диода, который имеет ограничения его свойствами. При превышении этой величины диод может выйти из строя.

При прямой схеме диода, его сопротивление незначительное, в отличие от обратной схемы. Считается, что обратно ток по диоду не проходит. В результате мы выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: повернул ручку влево – вода течет, вправо – нет воды. Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм. В этом можно убедиться путем измерения мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление снижается, и наоборот.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристика диодов

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

Похожие темы:

Полупроводниковый диод. Принцип его работы, параметры и разновидности.

Устройство, параметры и разновидности диодов

В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа. Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники. Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн.

Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод.

Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой “p”- позитив и слой “n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется “p-n” переход. Анодом является область “p”, а катодом зона “n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах он обозначается так.

Как работает полупроводниковый диод.

В полупроводнике “n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа “p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс. Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В “p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока. Диод закрыт.

При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами. Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через “p-n” переход начинает протекать электрический ток. Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость». При этом диод открыт.

Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник “n” типа и полупроводник “p” типа. Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs). Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.

При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As) мы получаем полупроводник “n” типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (

In), мы получаем полупроводник “p” типа. Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много. Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.

Типы диодов и область их применения.

Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:

  • Выпрямительные диоды. Предназначены для выпрямления переменного тока.

  • Стабилитроны. Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.

  • Диоды Шоттки. Предназначены для работы в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения. Например, в блоках питания персональных компьютеров.

  • Импульсные диоды отличаются очень высоким быстродействием и малым временем восстановления. Они применяются в импульсных блоках питания и в другой импульсной технике. К этой группе можно отнести и туннельные диоды.

  • СВЧ диоды имеют определённые конструктивные особенности и работают в устройствах на высоких и сверхвысоких частотах.

  • Диоды Ганна. Они предназначены для генерирования частот до десятков гигагерц.

  • Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.

  • Фотодиоды имеют миниатюрную линзу и управляются световым излучением. В зависимости от типа могут работать как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.

  • Светодиоды. Излучают видимый свет практически любой длины волны. Спектр применения очень широк. Рассматриваются как альтернатива электрическим лампам накаливания и других осветительных приборов.

  • Твёрдотельный лазер так же представляет собой полупроводниковый диод. Спектр применения очень широк. От приборов военного назначения до обычных лазерных указок, которые легко купить в магазине. Его можно обнаружить в лазерных считывателях CD/DVD-плееров, а также лазерных уровнях (нивелирах), используемых в строительстве. Чтобы не говорили сторонники лазерной техники, как ни крути, лазер опасен для зрения. Так что, будьте внимательны при обращении с ним.

Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных есть и ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier, HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03). Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа. Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи. При этом их быстродействие сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.

Параметры полупроводниковых диодов.

Параметров у полупроводниковых диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен.

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.

Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

  • U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.

  • U обр. – допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

    Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

  • I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.

  • I обр. – обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.

  • U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Полупроводниковые диоды — Пособие по электротехнике

            Полупроводниковым диодом называется электро преобразовательный полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом, имеющим два вывода.

            Структура полупроводникового диода с электронно-дырочным переходом и его условное графическое обозначение приведены на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема структуры полупроводникового диода (а)

и его графическое обозначение (б)

            Буквами  p  и  n  обозначены слои полупроводника с проводимостями соответственно  p-типа  и  n-типа. В контактирующих слоях полупроводника (область pn-перехода на рис. 2.2) имеет место диффузия дырок из слоя p в слой n, причиной которой является то, что их концентрация в слое p значительно больше их концентрации в слое n. В итоге в приграничных областях слоя p и слоя n возникает так называемый обедненный слой, в котором мала концентрация подвижных носителей заряда (электронов и дырок). Обедненный слой имеет большое удельное сопротивление.

            Ионы примесей обедненного слоя не компенсированы дырками или электронами. В совокупности ионы образуют некомпенсированные объемные заряды, создающие электрическое поле с напряженностью

Е. Это поле препятствует переходу дырок из слоя p в слой n и переходу электронов из слоя n в слой p. Оно создает так называемый дрейфовый поток подвижных носителей заряда, перемещающий дырки из слоя n в слой p и электроны из слоя p в слой n. Таким образом, в зависимости от полярности проходящего через диод тока, проводимость диода существенно изменяется, приводя к изменению величину проходящего тока.

            Основные характеристики полупроводникового диода представляются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Вольт-амперная характеристика – это зависимость тока i, протекающего через диод, от напряжения u, приложенного к диоду. Вольт-амперной характеристикой называют и график этой зависимости (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Вольт-амперная характеристика и основные параметры полупроводникового диода

Диоды обычно характеризуются следующими параметрами (рис. 2.3):

1.     обратный ток при некоторой величине обратного напряжения  Iобр, мкА;

2.     падение напряжения на диоде при некотором значении прямого тока через диод Uпр, в;

3.     емкость диода при подаче на него обратного напряжения некоторой величины С, пФ;

4.     диапазон частот, в котором возможна работа без снижения  выпрямленного тока fгр, кГц;

5.     рабочий диапазон температур.

            Техническими условиями задаются обычно максимальные (или минимальные) значения параметров для диодов каждого типа.

            Так, например, задается максимально возможное значение обратного тока, прямого падения напряжения и емкости диода. Диапазон частот задается минимальным значением граничной частоты  fгр. Это значит, что параметры всех диодов не превышает (а в случае частоты – не ниже) заданного техническими условиями значения. Общий вид диодов показан на рис 2.4.

Рис. 2.4. Конструкция диодов малой мощности (а) и средней мощности (б)

ДИОД ШОТТКИ

   Сегодня тема нашего обзора — диод Шоттки. Тема познавательная и напечатана специально для начинающих радиолюбителей. В современных радиосхемах очень часто встречается термин — Диод «Шоттки», так давайте узнаем, что же он из себя представляет. Диод шоттки — это полупроводниковый диод выполненный на основе контакта металл-полупроводник. Назван в честь Вальтера Шоттки. Схематическое изображение диода шоттки похоже на обычный диод с некоторыми незначительными отличиями.

   Вместо п-н перехода, в диодах шоттки в качестве барьера используют металл — полупроводник, в области этого перехода возникает потенциальный барьер — барьер шоттки, изменение высоты которого приводит к изменению протекания тока через прибор. Самая главная особенность диодов Шоттки — это низкий уровень падения прямого напряжения после перехода, отсутствие заряда обратного восстановления. На основе барьера Шоттки изготавливают в частности быстродействующие и ультрабыстрые диоды, они служат главным образом как СВЧ диоды различного назначения.

   Структура диода: 1 — полупроводниковая подложка; 2 — эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт.

   Такой диод позволяет получать нужную высоту потенциального барьера, посредством выбора нужного металла, очень низкий уровень высокочастотных шумов, что дает возможность применить диод Шоттки в импульсных блоках питания и в цифровых аппаратурах. Диоды Шоттки применяют также как приемники излучения, модулятор света, нашли широкое применение в солнечных батареях. Среди недостатков данных типов диода стоит отметить чувствительность к обратным значениям тока и напряжения, из — за чего диод может перегреться и выйти из строя.

   Работает в температурном диапазоне от — 65 до плюс 160 градусов по цельсию, допустимое обратное напряжение промышленных диодов Шоттки ограничено 250 вольт. Такая деталь сегодня стала незаменимым полупроводниковым прибором. Диоды Шоттки также выпускаются в SMD корпусах. Чаще всего они встречаются в стеклянном, пластмассовом и металлическом корпусе. Автор — АКА.

   Форум по теоретическим вопросам

   Форум по обсуждению материала ДИОД ШОТТКИ


LIPO АККУМУЛЯТОР 6F22 9V

Самодельный аккумулятор на 9 В, литий-полимерный, собранный под стандартный корпус типа Крона.




1.2.1. Светоизлучающие диоды, СИД — Электронный учебно-методический комплекс по ТМ и О ЦВОСП

СИД представляет собой полупроводниковый прибор с р-n переходом, протекание электрического тока через который вызывает интенсивное спонтанное излучение. Известно много конструкций СИД, однако наибольшее применение получили поверхностные и торцевые СИД.

Спонтанное излучение обладает низкой монохроматичностью. Его называют некогерентным светом.(СИД)

Когерентными источниками называют такие источники, которые излучают синфазные оптические волны. В основе их работы лежит спонтанное излучение полупроводника охваченное  объемным резонатором (например, Фабри-Перо).

В поверхностном светодиоде волоконный световод присоединяется к поверхности излучения через специальную выемку  в полупроводниковой подложке. Такой способ стыковки СИД и стекловолокна обусловлен необходимостью ввода максимальной мощности спонтанного излучения в световод. (Рис.1.2)

Рисунок 1.2. Конструкция поверхностного светодиода

В конструкции торцевого светодиода предусмотрен вывод оптической мощности излучения через один из торцов. При этом другой торец выполнен в виде зеркала, которое отражает фотоны в активный слой. В приборе применяются дополнительные слои полупроводникового материала GaAlAs, который отличается от активного слоя показателем преломления и шириной запрещенной зоны. Это создает в активном слое оптический волновод, способствующий концентрации фотонов и усилению бегущей волны в инверсной насыщенной зарядами среде. Светоизлучающий торец СИД согласуется с волоконным световодом линзовой системой (Рис. 3).

Работа светодиодов основана на случайной рекомбинационной люминесценции избыточных носителей заряда, инжектируемых в активную область светодиода.

В результате инжекции не основных носителей заряда и дрейфа основных в активном слое происходит накопление и рекомбинация этих зарядов с выделением квантов энергии. При этом фотоны (кванты энергии),

 

 

Рисунок 1.3. Конструкция торцевого светодиода

(Ga- галлий, As – мышьяк, Al – алюминий)

 

случайно образовавшиеся, могут двигаться в любом случайном направлении, отражаться от границ различных слоев полупроводников, поглощаться кристаллами и излучаться с поверхности или из торца. Величина излучаемой мощности СИД примерно линейно зависит от величины тока инжекции.

Данная мощность больше у торцевых СИД, их еще называют СЛД – супер люминесцентными диодами.

 

Основные характеристики светодиодов

1.     Ватт-амперная характеристика светодиодов — это зависимость излучаемой мощности от тока, протекающего через прибор (рис.4)

Рисунок 1.4 Ватт-амперные характеристики светодиодов

 

Характеристики имеют линейный и нелинейные участки. Нелинейность обусловлена предельными возможностями по спонтанной рекомбинации электронов и дырок и их ограниченным числом, зависящим от насыщенности примесными компонентами и общего объема активного слоя.

Ватт-амперная характеристика зависит от температуры кристалла. С ее повышением мощность излучения может значительно снижаться .

2. Спектральная характеристика светодиодов показывает зависимость излучаемой мощности от длины волны излучения (Рис. 5).

 

Рисунок 1. 5. Спектральные характеристики светодиодов

По спектральной характеристике можно определить ширину спектра излучения на уровне половинной от максимальной мощности излучения. Ширина спектра СЛД Δλ1 (10 ÷ 30 нм), для поверхностного СИД Δλ2 (30 ÷ 60 нм).

Более узкий спектр излучения СЛД объясняется волноводным эффектом и некоторой согласованностью (когерентностью) излучательных рекомбинаций.

3.     Диаграмма направленности излучения светодиода показывает распределение энергии излучения в пространстве.

Рисунок 1.6. Угловая расходимость излучения

Угловая расходимость излучения оценивается на уровне уменьшения мощности в пространстве в два раза (Рmax/2), что отмечено на рисунке точками на пересечении лучей и кривых распределения мощности (рис.6). Для поверхностного СИД величины φxy и могут составлять 110°…180°. Для СЛД величины φx и φy не равны и примерно составляют: φx = 60 °,

φy = 30.

4.    Внешняя квантовая эффективность светодиода показывает долю выводимой мощности излучения от полученной в результате спонтанной рекомбинации

Эта доля не превышает 2 – 10 %, что обусловлено большими потерями из-за рассеяния мощности внутри прибора и отражением фотонов на границе «полупроводник – воздух» и «полупроводник – световод» из-за различных показателей преломления полупроводника (n = 3,5) и среды (n = 1,5).

5.    Срок службы и надежность. Всем светодиодам присуще деградация параметров – постепенное уменьшение мощности при длительной эксплуатации. Срок службы зависит от материала и конструкции СИД, от температуры. При увеличении температуры на 100 – 200 срок службы снижается вдвое. Для использования в системах связи срок службы СИД должен составлять 105, для наземных и для подводных линий связи — 106.

Полупроводниковые СИД  являются приборами с низким входным сопротивлением и потребляют большой ток, поэтому для их возбуждения  следует использовать низкоомные транзисторы, обеспечивающие большой ток и требуемую линейность (Рис.7).

Рисунок 1. 7. Схема включения СИД в коллекторную схему транзистора

На схеме СИД включается в коллекторную цепь транзистора. Модулирующий сигнал поступает на базу транзистора и управляет коллектором и током, являющийся одновременно током инжекции СИД. С помощью резисторов R1 и R2  можно подобрать  необходимое значение начального тока, пробегающего через СИД.

Реальные схемы модуляции, как правило, включают цепь стабилизации режима работы и цепь обратной связи, которая уменьшает нелинейность ватт-амперной характеристики СИД.

Итак, сравнительно простая конструкция, высокая надежность, слабая зависимость от температуры делают СИД особенно подходящими для ВОСП на короткие расстояния при относительно невысокой информационной пропускной способности.  

 

Структура — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Структура — диод

Cтраница 1

Структура диода с барьером Шотки приведена на рис. 3.4. На кристалле кремния с проводимостью — типа формируется тонкий эпитаксиальный слой.  [1]

Толщина структур диодов при этом существенно возрастает; вместе с ней возрастают прямые напряжения и средняя мощность потерь в диодах.  [3]

На неоднородное распределение температуры структуры диода по ее площади влияют к дефекты конструкции, приводящие к неоднородному теп-лоотводу от различных участков структуры.  [4]

Выделение в малом объеме структуры диода в процессе его работы значительного количества теплоты требует создания хорошего теплоотвода. Существуют три основных вида охлаждения диодов: воздушное, жидкостное и испарительное. В случае воздушного охлаждения диод крепится на специальный ребристый ра — кА диатор. Для уменьшения га — з 5 барита радиаторов часто используется принудительная циркуляция охлаждающего воздуха при скоростях 3 0 порядка 6 — 12 м / с. При жидкостном охлаждении в качестве хладоагента обычно применяются вода или трансформаторное масло, которые циркулируют через радиатор диода. Охлаждение самого хладоагента производится в специальном теплообменнике.  [5]

Тепловое сопротивление зависит не только от структуры диода и его материалов, но и от рода охлаждающей среды ( воздух, вода, масло) и интенсивности охлаждения. Так, например, в вентилях типа ВКД-200 при воздушном охлаждении оно изменяется в зависимости от скорости воздуха в пределах от 0 25 до 0 75Q С / вт, а при водяном охлаждении — от 0 15 до 0 4 С / вт.  [7]

На рис. 1.62, а изображена структура диода р — п, на рис. 1.62 6 — изменение напряженности электрического поля по структуре при обратном напряжении, соответствующем лавинному пробою. Пары электрон-дырка, генерируемые в узкой части области объемного заряда, где напряженность поля достаточна для ударной ионизации, разделяются полем перехода. Ток через диод идет до тех пор, пока носители двигаются по области объемного заряда. Из-за несимметричности р-л-перехода время дрейфа электронов через область объемного заряда до относительно низкоомной — области получается больше времени дрейфа дырок. Это время дрейфа электронов, или время пролета, определяет на высоких частотах фазовый сдвиг между приложенным к диоду напряжением и проходящим током.  [9]

На рис. 3.54, а изображена структура диода р — п, на рис. 3.54, б — изменение напряженности электрического поля по структуре при обратном напряжении, соответствующем лавинному пробою. Пары электрон — дырка, генерируемые в узкой части области объемного заряда, где напряженность поля достаточна для ударной ионизации, разделяются полем перехода. Ток через диод идет до тех пор, пока носители двигаются по области объемного заряда.  [10]

Сопротивление диода в области пробоя зависит от структуры диода и лавинного тока. В начале пробоя это сопротивление очень велико, а при больших плотностях тока уменьшается до величины, близкой к объемному сопротивлению. Согласно теоретическим представлениям лавинный ток передается импульсами в 50 — 80 мка, проходя через ряд небольших участков перехода, что обусловливает высокое сопротивление при малом числе импульсов и уменьшение сопротивления с повышением числа импульсов. При плотности тока порядка 104 а / см2 в работу включается вся площадь перехода и сопротивление носит только объемный характер. Зависимость сопротивления по переменному току низкой частоты в области пробоя для различных пробивных напряжений от обратного тока показана на фиг. Значения сопротивления получены наложением малого сигнала переменного тока на соответствующее смещение по постоянному току и измерением потенциала переменного тока через диод.  [11]

Изгиб выводов допускается не ближе 7 мм он структуры диода.  [12]

Изгиб выводов допускается не ближе 7 мм от структуры диода.  [13]

Эквивалентная температура не обязательно является максимальной температурой в структуре диода.  [14]

В отличие от всех других типов полупроводниковых диодов СВЧ структура диода с объемным эффектом не содержит р-п перехода и представляет собой тонкую пластинку из GaAs n — типа ( обычно в форме квадрата со стороной 0 1 — 0 15 мм), на обе поверхности которой пайкой или металлизацией нанесены невыпрямляющие металлические контакты. Процесс преобразования энергии постоянного тока в СВЧ колебания, в отличие от диодов с р-п переходом, происходит не в какой-либо узкой области образца, а во всем объеме полупроводника.  [15]

Страницы:      1    2    3

Как работают диоды Шоттки

Все, что вам нужно знать о том, как работают диоды Шоттки


Подобно другим диодам, диод Шоттки в зависимости от направления течения тока в электрической цепи влияет на ток. В мире электроники эти устройства работают так же, как улицы с односторонним движением – они позволяют току течь только от анода к катоду. Тем не менее, в отличие от обычных полупроводниковых диодов, диод Шоттки известен благодаря низкому падению напряжения при его прямом включении и способностью к быстрому переключению. Это делает его идеальным выбором для использования в высокочастотных устройствах, а также в устройствах, где используются низкие напряжения. Диод Шоттки может применяться в самых разных устройствах, например:

  • Для выпрямления тока большой мощности. Диоды Шоттки могут использоваться в мощных устройствах благодаря низкому падению напряжения при прямом включении. Эти диоды затрачивают меньше энергии, что способствует уменьшению размеров радиатора;

  • В универсальных источниках питания. Диоды Шоттки также могут помогать разделять питание при использовании блоков двойного электропитания, использующих энергию электрической сети и аккумуляторов;

  • В элементах солнечных батарей. Диоды Шоттки могут помочь добиться максимальной эффективности элементов солнечной батареи благодаря низкому падению напряжения при прямом включении. Также они помогают защищать ячейки от обратного заряда;

  • В качестве защелки. Диоды Шоттки могут также использоваться в качестве защелки в транзисторных схемах, а также в цепях с логическими элементами 74LS или 74S.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Одним из главных преимуществ использования диода Шоттки вместо обычного диода является низкое сопротивление его перехода металл-полупроводник, приводящее к тому, что напряжение падает при его прямом включении. Таким образом диод Шоттки потребляет меньшее напряжение, чем обычный диод. На его p-n-переходе падает лишь 0,3-0,4 В. На графике ниже вы можете видеть прямое падение напряжение, составляющее приблизительно 0,3 В. Ток через диод Шоттки значительно возрастает при увеличении напряжения сверх указанного. Через обычный диод ток не растет до напряжения приблизительно 0,6 В.

На рисунках ниже показаны две электрические цепи в качестве иллюстрации преимуществ низкого падения напряжения при прямом включении. В цепи слева обычный диод, а справа – диод Шоттки. У обеих цепей источник питания дает напряжение 2 В постоянного тока.

Обычный диод потребляет 0,7 В, отдавая нагрузке лишь 1,3 В. Благодаря низкому падению напряжения при прямом включении, диод Шоттки потребляет только 0,3 В, отдавая нагрузке 1,7 В. Если нагрузке необходимы 1,5 В, то для такой задачи подойдет только диод Шоттки.

Другие преимущества использования диода Шоттки вместо обычного диода:

  • Малое время обратного восстановления. Диод Шоттки накапливает небольшой заряд, что делает его идеальным для использования в схемах, требующих быстрого переключения — они широко используются при конструировании высокочастотных печатных плат;

  • Пониженный уровень помех. Диод Шоттки добавляет в схему меньшее количество нежелательного шума по сравнению с типичным диодом с p-n-переходом;

  • Более высокие характеристики. Диод Шоттки потребляет меньше энергии, поэтому подходит по техническим требованиям для использования в низковольтных устройствах.

Также следует помнить о нескольких недостатках диодов Шоттки. Диод Шоттки, на который подано обратное напряжение смещения, будет пропускать больший обратный ток, чем обычный диод. Это приводит к тому, что в цепи с обратным включением диода Шоттки ток утечки больше.

Максимальное обратное напряжение диода Шоттки также меньше, чем у обычных диодов, и обычно составляет не более 50 В. При превышении этого напряжения происходит пробой диода Шоттки, в результате чего он начинает пропускать большой ток в обратном направлении. До этой величины обратного напряжения существует лишь небольшой ток утечки через диод Шоттки, впрочем, как и у других диодов.

Как работает диод Шоттки

В обычном диоде полупроводники p-типа и n-типа образуют p-n-переход. В диоде Шоттки вместо полупроводника p-типа используется металл. Этот металл может быть разным – от платины до вольфрама, молибден, золото и т. д.

Металл и полупроводник n-типа образуют переход металл-полупроводник. Он называется барьером Шоттки. Свойства барьера Шоттки различны при отсутствии напряжения смещения, при прямом и при обратном смещении.

Напряжение смещения отсутствует

При отсутствии напряжения смещения свободные электроны будут перемещаться из полупроводника n-типа в металл, чтобы восстановить равновесие. Этот поток электронов создает барьер Шоттки, где встречаются отрицательные и положительные ионы. Чтобы свободные электроны смогли преодолеть этот барьер, требуется приложение внешнего напряжения большего, чем потенциал поля перехода металл-полупроводник.

Прямое смещение

Если положительную клемму батарейки подключить к выводу диода, подключенного к металлической части перехода метал-полупроводник, а отрицательную – к выводу диода, подключенного к полупроводнику, то таким образом мы подадим на диод прямое смещение. В этом состоянии, если напряжение больше 0,2 В, то электроны могут преодолеть переход металл-полупроводник и перейти из полупроводника n-типа в металл. Это приведет к возникновению тока через диод. Так работают все диоды.

Обратное смещение

Если отрицательную клемму батарейки подключить к выводу диода, подключенного к металлической части перехода метал-полупроводник, а положительную – к выводу диода, подключенного к полупроводнику, то таким образом мы подадим на диод обратное смещение. Так мы увеличим ширину барьера Шоттки, не давая току течь через диод. Тем не менее, если напряжение обратного смещения будет возрастать, то, в конце концов, барьер будет пробит. После чего ток потечет в обратном направлении и может повредить этот и другие электронные компоненты.

Изготовление и параметры диода Шоттки

Существуют различные способы изготовления диода Шоттки. Самый простой способ изготовить диод Шоттки – это присоединить к поверхности полупроводника металлический провод, сделав точечный контакт. Некоторые диоды Шоттки до сих пор производятся таким способом, но осуществить контроль качества готовых диодов сложно.

Самая популярная технология использует вакуумное нанесение металла на поверхность полупроводника. Этот метод обладает недостатком, заключающимся в пробое диода вследствие воздействия электрических полей по краям пластины проводника. Для устранения этой проблемы производители защищают полупроводниковую пластину оксидным охранным кольцом. Кроме того, это охранное кольцо защищает переход металл-полупроводник от разрушения вследствие физического воздействия. Такие диоды изготавливаются в том числе в форм-факторе, допускающем поверхностный монтаж компонентов.

Параметры диода Шоттки

Ниже приведен перечень характеристик, на основании которых следует подбирать диод Шоттки для использования в вашем следующем электронном проекте.

Примеры диодов Шоттки

Полезно увидеть, как эти характеристики обычно приводятся на сайте изготовителя или в спецификации. Ниже приведены два примера:

1N5711 – это ультрабыстрый диод Шоттки, обладающий высоким пробивным напряжением, низким падением напряжения при прямом включении и охранным кольцом для защиты перехода металл-полупроводник.

1N5828 – это диод Шоттки в корпусе штыревого типа, используемый для выпрямления тока.

Управление током

Вы планируете поработать над высокочастотным или мощным устройством, в котором требуется применение низкого напряжения? Ваш выбор – диоды Шоттки! Эти диоды широко известны благодаря их низкому падению напряжения при прямом включении и высокой скорости переключения. Используются ли они в ячейках солнечных батарей или для выпрямления тока, нет других подобных устройств, обладающих падением напряжения всего 0,3 В, дающее дополнительную эффективность. Современные ПО для разработки электронных устройств уже имеют множество готовых к использованию бесплатных библиотек, содержащих диоды Шоттки. Самому не нужно ничего делать. Попробуйте уже сегодня!

Что такое диод? Определение, конструкция, работа, характеристики и типы диода

Определение : Электронный компонент, сделанный из полупроводникового материала, который позволяет проводить ток только в одном направлении, называется диодом. Это двухконтактное устройство , обычно сформированное путем сплавления полупроводниковых материалов p- и n-типа, каждый из которых имеет основные и неосновные носители.

Давайте сначала посмотрим на основное содержание этой статьи.

Содержание: диод

  1. Символ
  2. Строительство
  3. рабочая
  4. Уравнение тока диода
  5. Характеристическая кривая
  6. Типы
  7. Ключевые термины

Символ диода

На рисунке ниже показан символ диода с PN переходом:


Конструкция диода

После базового определения приступим к формированию.

Диод в своей основной форме представляет собой устройство с PN-переходом, через которое протекает ток при приложении правильного прямого потенциала. Полупроводниковые материалы p- и n-типа должны быть тщательно скомбинированы, чтобы в них содержалось контролируемое количество донорных и акцепторных примесей. В своей основной форме берется одиночная пластина кремния или германия, которая легирована пятивалентными и трехвалентными примесями на двух ее половинах. Область P обозначает легирование трехвалентной примесью, а область n означает легирование пятивалентной примесью.Или просто, мы можем объединить отдельные материалы p- и n-типа, чтобы сформировать полупроводниковый прибор.

На приведенном ниже рисунке показана структура диода с PN переходом:

Здесь, как мы видим, полупроводниковый материал p-типа объединен с полупроводниковым материалом n-типа, который образует переход. Этот переход известен как PN-переход. На противоположных концах прикреплены два металлических контакта, которые вместе образуют диод с PN-переходом. Материал p-типа содержит дырки в качестве основного носителя, а электроны — в качестве неосновного.Напротив, материал n-типа имеет электроны в качестве основного носителя и дырки в качестве неосновного носителя.

Этот p-n переход представляет собой не что иное, как слой неподвижных ионов , называемый обедненным слоем . Когда имеется соответствующий потенциал, в нем отмечается проводящее и непроводящее состояние.

Работа диода

Диод работает без смещения, с прямым смещением и с обратным смещением.

Обсудим вышеупомянутое условие более подробно.Начнем с беспристрастного условия.

  • Несмещенное состояние диода :

Когда на устройство не подается внешний потенциал или напряжение. Тогда это называется несмещенным состоянием диода.

Приведенный ниже рисунок поможет вам лучше понять несмещенное состояние диода.

Здесь материал p-типа сплавлен с материалом n-типа. Это слияние создает соединение. Когда на диод не подается напряжение, большинство носителей заряда i.То есть дырки со стороны p и электроны со стороны n объединяются друг с другом в переходе. Эти носители заряда при объединении генерируют неподвижные ионы, которые истощаются через переход. За счет этого на стыке образуется обедненная область.

Здесь следует отметить, что поток носителей заряда через площадь поперечного сечения известен как диффузия. Следовательно, ток при отсутствии смещения известен как диффузионный ток .

Разность потенциалов в области истощения порождает электрическое поле на ней.Из-за этого электрического поля дальнейшее движение основных носителей заряда не допускается. Поэтому ширина обедненной области фиксирована. Потенциал в области истощения действует как барьер для дальнейшего движения, следовательно, известный как барьер или встроенный потенциал. Однако неосновные носители по-прежнему дрейфуют через область истощения, и ток течет незначительно. Этот очень небольшой ток из-за неосновных носителей известен как дрейфовый ток .

  • Прямое смещение диода :

В состоянии прямого смещения сторона p устройства соединена с положительной клеммой источника питания.А сторона n связана с отрицательным потенциалом аккумулятора. Таким образом, соединение будет смещено вперед.

Ниже приведен рисунок, представляющий схему диодов с положительным смещением:

Когда применяется прямое смещение. Отверстия на стороне p испытывают силу отталкивания от положительного вывода. Точно так же электроны отталкиваются от отрицательной клеммы источника питания. Однако первоначально основные носители с обеих сторон не перемещаются через переход из-за барьерного потенциала.

Но, когда барьерный потенциал превышен, основной носитель заряда теперь показывает движение через переход. Это движение носителей заряда после преодоления барьерного потенциала генерирует ток. Этот ток известен как ток большинства. В тот момент, когда этот барьер удален, сопротивление, создаваемое переходом, автоматически становится равным 0. Таким образом, прямой ток теперь начинает течь через устройство.

Примечательно, что барьерный потенциал кремния равен 0.7В, а для германия — 0,3В . Таким образом, после преодоления соответствующего потенциала в случае обоих материалов прямой ток начинает течь через устройство.

  • Состояние обратного смещения диода :

Когда мы обеспечиваем внешний потенциал устройства таким образом, чтобы сторона p была подключена к отрицательной клемме источника питания. И сторона n соединена с положительной клеммой. Тогда говорят, что устройство имеет обратное смещение.

На рисунке ниже показано расположение диода с PN переходом с обратным смещением:

При приложении обратного потенциала отверстия со стороны p испытывают притяжение со стороны отрицательной клеммы.И электроны на стороне n испытывают притяжение от положительной клеммы источника питания. Из-за этого большинство носителей, присутствующих на обеих сторонах, движутся в направлении от стыка. Это увеличивает ширину обедненной области и, следовательно, потенциальный барьер увеличивается.

Переводит устройство в непроводящее состояние. Однако из-за присутствия неосновных носителей как на стороне p, так и на стороне n протекает очень небольшой ток. Этот небольшой ток через устройство известен как обратный ток утечки.Этот обратный ток не зависит от барьерного потенциала и зависит только от температуры и конструкции устройства.

Уравнение тока диода

Ток диода определяется следующим соотношением:

: I D = ток диода

I S = ток обратного насыщения

В D = напряжение на устройстве

T K = температура в Кельвинах

К = 11600 / ƞ

ƞ = коэффициент идеальности колеблется от 1 до 2

С,

Мы также можем написать,

или

Таким образом, при подстановке указанного выше значения в основное уравнение.Получаем,

Это упрощенное уравнение тока диода.

Характеристическая кривая диода

На приведенном ниже рисунке показана характеристическая кривая диода с PN переходом в прямом и обратном смещении:

Область A представляет собой кривую для диода с прямым смещением. В то время как область B показывает кривую для диода с обратным смещением.

Будем считать, что диод изготовлен из кремниевого материала. Следовательно, внешний потенциал, необходимый для преодоления барьерного потенциала, равен 0.7V в его корпусе. Таким образом, мы можем видеть в области прямого смещения, быстрое увеличение тока наблюдается после 0,7 вольт. Это известно как напряжение колена, после которого барьерный потенциал полностью снимается, и устройство начинает проводить ток.

Теперь перейдем к области B, которая представляет состояние устройства с обратным смещением. Как мы уже обсуждали, в случае обратного смещения ширина обедненной области очень велика, как и барьерный потенциал. Таким образом, кривая представляет собой обратный ток насыщения, который течет только из-за движения неосновных носителей заряда через устройство.Этот обратный ток составляет всего менее 1 микроампер для кремниевого устройства.

Еще один примечательный момент заключается в том, что при номинальном обратном напряжении протекает небольшой обратный ток. Но при увеличении обратного напряжения возникает условие, вызывающее пробой перехода диода. Это вызывает немедленное увеличение обратного тока через него.

Типы диодов

В основном они характеризуются принципом действия, обеспечивая различные характеристики терминала и допускающие многократное использование.Ниже приведены различные типы диодов:

Стабилитрон : это тип диода с PN переходом, который работает в условиях обратного смещения. Точнее можно сказать в области разбивки.

Это в основном сильно легированный диод с PN переходом и находит свое применение в регулировании напряжения, защите счетчиков, а также в операциях переключения и ограничения.

Туннельный диод : Туннельный диод, также известный как диод Эсаки, представляет собой плотно легированное устройство с высокой проводимостью.Концентрация примесей в нем меняется в зависимости от нормального диода с PN переходом. Он основан на принципе туннелирования и показывает характеристики отрицательного сопротивления.

Как показывает быстрый отклик, широко используется в качестве усилителя и генератора. Поскольку это слаботочное устройство, широко не используется.

PIN-диод : это трехслойное устройство, в котором внутренняя область расположена между p и полупроводником n-типа. Поскольку внутренний слой обеспечивает высокое удельное сопротивление, он обеспечивает ключ для обработки небольших входных сигналов.

Они широко используются в микроволновых и радиолокационных устройствах.

Варакторный диод : Он также известен как варикап диоды, что представляет собой слово, состоящее из комбинации переменного конденсатора. Это диод с обратным смещением, режим работы которого зависит от переходной емкости. Они широко используются в высокочастотных приложениях.

Фотодиод : Фотодиод — это устройство, которое генерирует ток, когда соответствующая область подвергается воздействию света. Он также работает в режиме обратного смещения.Они широко используются в приложениях обнаружения, демодуляции, коммутации и кодирования.

LED : LED — это сокращенная форма светодиодов. Это устройство, излучающее некогерентный свет из-за приложенного электрического поля. Это диод с прямым смещением. Светодиоды широко используются в цифровых часах, мультиметрах, охранной сигнализации и т. Д.

Лазерный диод : Лазер — это аббревиатура, обозначающая усиление света за счет вынужденного излучения излучения. Они специально разработаны для создания когерентного излучения.Лазерные диоды широко используются в телекоммуникациях и медицине.

Диод Шоттки : Это не диод с PN переходом, поскольку он образован путем слияния металла с полупроводниковым материалом n-типа. Это исключает область истощения. Они широко используются в цифровых компьютерах.

Ключевые термины, относящиеся к диоду

Барьерный потенциал : Это напряжение, генерируемое на переходе в условиях нулевого смещения из-за неподвижных ионов. Также известен как встроенный потенциал.

Напряжение в колене : Напряжение прямого смещения полупроводникового устройства, которое преодолевает барьерный потенциал. После этого напряжения через переход перемещается большое количество носителей заряда. В результате через устройство протекает большой ток. Его значение составляет 0,3 В, для германия и 0,7 В, для кремния.

Напряжение пробоя : При обратном смещении в устройстве наблюдается очень небольшой ток из-за потока неосновных носителей. Однако, если обратное напряжение увеличивается сверх определенного предела.Затем это приводит к полному разрушению соединения. Это напряжение известно как напряжение пробоя.

Пиковое обратное напряжение : Пиковое обратное напряжение (PIV) можно понять по самому названию. Пик означает наивысший или максимум, а обратный означает обратное. Таким образом, это в основном то максимальное напряжение в условиях обратного смещения, которое может выдержать устройство.

Итак, мы можем заключить, что ток через полупроводниковый диод зависит от его смещения или приложенного к нему входа.

Что такое диоды? | Полупроводник

Что такое диоды?

p-n-переход, созданный на кремнии с помощью электродов, представляет собой диод. Диоды, использующие p-n переход, называются обычными выпрямительными диодами. Обычные выпрямительные диоды с улучшенными характеристиками переключения называются быстровосстанавливающимися диодами (FRD), которые отличаются от обычных выпрямительных диодов.
Диод, в котором вместо полупроводников p-типа используется металл, называется диодом с барьером Шоттки (SBD).

Прямое смещение

Когда напряжение подается (в прямом направлении) от A к K, течет ток.
В это время между A и K возникает прямое напряжение V F . Потеря мощности возникает из-за V F , и меньшее напряжение V F является идеальным.

Обратное смещение

Даже если напряжение приложено (в обратном направлении) от K к A, ток не течет.
Однако на самом деле протекает небольшой обратный ток I R . Потеря мощности происходит из-за I R , и меньший I R является идеальным.

Плоский тип и тип Mesa

Структура диодной микросхемы

Реальный чип состоит из тонкого p-слоя и толстого n-слоя.

n– layer:
Поскольку концентрация примесей мала, обедненный слой легче растет при наличии обратного напряжения.
Эта концентрация и толщина определяют необходимое выдерживаемое напряжение.
n + слой:
Концентрация примесей высока, что облегчает прохождение тока.
Толщина пластины должна быть достаточной для сохранения прочности пластины.

При подаче обратного напряжения

На реальном кристалле используется защитное покрытие для выдерживания напряжения, потому что конец кристалла обнажен, и ток легче протекает в области от p до n + вдоль торцевой поверхности, что снижает его способность выдерживать напряжение.Необходимо разработать метод добавления защитной пленки перед нарезкой кубиками, поскольку добавление защитной пленки после нарезания кубиками нецелесообразно.

Существует два типа структур для добавления защитной пленки перед нарезкой стружки

Планарный тип

Нет необходимости делать канавку на плоском типе, но стружка становится больше и процесс диффузии также усложняется.

Тип Mesa

Процесс создания канавки требуется на типе мезы, но стружка становится меньше, и процесс диффузии также прост.

Основные характеристики диода

Статические характеристики диода

Падение напряжения, возникающее при протекании прямого тока I F , называется прямым напряжением V F , и меньшее значение V F является идеальным.
Кроме того, небольшой ток, который протекает при приложении обратного напряжения V R , называется обратным током I R , и меньший ток I R является идеальным.

Динамические характеристики диода (коммутационные характеристики)

Как показано на рисунках ниже, когда состояние диода изменяется с текущего на внезапное обратное смещение, происходит большой выброс обратного тока. Этот ток называется током восстановления, а время, в течение которого протекает ток восстановления, называется временем обратного восстановления trr.

Меньший trr идеален, потому что ток восстановления вызывает шум или потерю мощности.

Типы диодов

p-n переход
  • Общие выпрямительные диоды
  • Диоды быстрого восстановления (FRD)
переход Шоттки
  • Диоды с барьером Шоттки (SBD)

Обычно все диоды представляют собой диоды с p-n переходом.
Однако диоды с p-n переходом имеют и недостатки. Чтобы компенсировать эти недостатки, были разработаны диоды с быстрым восстановлением (FRD) и диоды с барьером Шоттки (SBD).Тем не менее, нет специального названия для диодов с p-n переходом, поэтому их называют обычными выпрямительными диодами.

На основе кремния

Выбор и использование диодов в импульсных цепях питания

Структура, типы, характеристики и работа


Главная »Блог» СИЛОВЫЙ ДИОД: структура, типы, характеристики и работа

Определение

Силовой диод — это тип диода, который обычно используется в схемах силовой электроники.Силовой диод — это простое полупроводниковое устройство, которое включает в себя три слоя, два вывода, один переход и проводит ток в одном направлении. Для увеличения пропускной способности мы используем силовой диод путем небольших изменений в структуре простого диода с p-n переходом.

Простой полупроводниковый диод с p-n переходом, имеющий два слоя, два вывода и один переход. Переход нормальных диодов может быть сформирован через полупроводники как p-типа, так и n-типа.Вывод на p-типе известен как анод, тогда как вывод на n-типе известен как катод.

Может использоваться в качестве выпрямителя в схемах преобразователя, обратном / обратном диоде, защите от обратного напряжения, схемах регулирования напряжения и т. Д.

символ силового диода Силовой диод

Классификация диода

В основном есть две классификации диодов.

  1. Силовой диод
  2. Сигнальный диод

Преимущество силовых диодов состоит в том, что они выдерживают большую мощность, но….на низкой частоте. Бывший. SCR

Что касается сигнальных диодов, они работают на очень высоких частотах (диапазоны МГц, ГГц), но имеют очень низкую пропускную способность. Пример: MOSFET

Наконец, чтобы получить и то, и другое на среднем уровне, появились IGBT, которые обладают сравнительно высокой скоростью и допустимой мощностью.

Так вот соотношение в диодах…. Мощность обратно пропорциональна частоте. то есть, если вы хотите работать на большой мощности, забудьте о частоте.

Силовые диоды похожи на сигнальные диоды, но немного отличаются по своей конструкции.Уровень легирования в сигнальном диоде как для P-слоя, так и для N-слоя одинаков, тогда как в мощных диодах переход может быть сформирован между сильно легированным слоем P + и слаболегированным слоем N–.

Структура силового диода

Силовой диод с тремя слоями, такими как слой P +, слой n– и слой n +. Верхний слой — это слой P +, он сильно легирован, а нижний слой — это слой n +, и он также сильно легирован, а средний слой — слой n–, он слабо легирован.Сильно легированные верхний и нижний (слой P + и слой n +) называются концевыми слоями, а концевые слои всегда сильно легированы для увеличения проводимости устройства.

Структура силового диода

Здесь верхний слой p + слой действует как анод, толщина этого слоя составляет 10 мкм, а уровень легирования составляет 10 19 см -3 .

Нижний слой n + слой действует как катод, толщина этого слоя составляет 250-300 мкм, а уровень легирования составляет 10 19 см -3 .

Средний слой n-слой действует как дрейфовый слой, уровень легирования составляет 10 14 см -3 , а толщина этого слоя в основном зависит от напряжения пробоя.

Когда ширина дрейфового слоя увеличивается, напряжение пробоя увеличивается. Из-за его легкой концентрации легирования в дрейфовом слое, как мы знаем, толщина обедненной области увеличивается с уменьшением концентрации легирования. Эта увеличенная толщина обедненной области помогает диоду блокировать большее обратное смещенное напряжение и, следовательно, иметь большее напряжение пробоя.

Для объяснения Power Diode на хинди см. Видео, приведенное ниже


Характеристики V-I силового диода

Характеристики V-I силового диода приведены ниже, он очень похож на сигнальный диод.

Когда мы увеличиваем приложенное прямое напряжение, прямой ток увеличивается линейно.

В прямом смещенном состоянии, когда анод положительный относительно На катоде прямой ток увеличивается линейно с увеличением прямого напряжения.

В обратном смещении, когда катод положительный относительно анодный диод не проводит, и в этом случае на диод протекает небольшой ток, протекающий в обратном направлении, называемый обратным током утечки или обратным током насыщения . Этот обратный ток насыщения протекает из-за момента неосновного носителя. Этот обратный ток насыщения не зависит от приложенного обратного напряжения смещения.

Если это обратное приложенное напряжение непрерывно увеличивается после определенного обратного приложенного напряжения, через устройство протекает большой обратный ток, и слой обеднения будет разрушен.Это обратное напряжение называется обратным напряжением пробоя ( В BR ). В результате через диод протекает большой обратный ток. Этот большой обратный ток разрушит диод, поэтому диод предназначен для рассеивания такого большого количества тепла.


Характеристики обратного восстановления силовых диодов

Характеристики обратного восстановления силового диода показаны на следующем рисунке.

Характеристики обратного восстановления силового диода

Диод переменного тока характеризуется временем восстановления в прямом направлении ( t F ) и временем восстановления в обратном направлении (trr).

Время прямого восстановления ( t F ): Время прямого восстановления — это время, необходимое диоду для начала проводимости, называется временем прямого восстановления. Другими словами, время, необходимое диоду для переключения из выключенного состояния в включенное, называется временем прямого восстановления ( t F ).

Время обратного восстановления (trr): после того, как прямой ток диода спадает до нуля, они продолжают проводить в обратном направлении из-за наличия накопленных зарядов в двух слоях.Обратный поток за время называется , время обратного восстановления (trr). Диод сохраняет свою блокирующую способность до тех пор, пока ток обратного восстановления не упадет до нуля.

Время обратного восстановления определяется как время между моментом прямого тока диода экземпляра, равным нулю, и мгновенным обратным восстановительным током, уменьшающимся до 25% от его обратного пикового значения Irm.

Время обратного восстановления представляет собой комбинацию двух отрезков времени ta и tb i.е. trr = ta + tb, где время ta — это время между пересечением нуля прямого тока и пиковым обратным током Irm. В течение времени ta, заряд, накопленный в области истощения, удаляется. Время tb измеряется от момента Irm до момента, когда достигается 0,25 Irm. Во время tb carge два полупроводника удаляются.

Отношение ta / tb называется коэффициентом мягкости или S-фактором . Диод с мягкостью, равной единице, называется диодом с мягким восстановлением, а диод с коэффициентом мягкости меньше единицы называется диодом быстрого восстановления или диодом быстрого восстановления.

Для объяснения Power Diode см. Видео, приведенное ниже

Часто задаваемые вопросы

Что такое силовой диод?

Силовой диод — это тип диода, который обычно используется в схемах силовой электроники. Силовой диод — это простое полупроводниковое устройство, которое включает в себя три слоя, два вывода, один переход и проводит ток в одном направлении. Для увеличения пропускной способности мы используем силовой диод путем небольших изменений в структуре простого диода с p-n переходом.

В чем разница между силовым диодом и сигнальным диодом?

Преимущество силовых диодов в том, что они выдерживают большую мощность, но…. на низкой частоте. Бывший. SCR
Для сигнальных диодов они работают на очень высоких частотах (диапазоны МГц, ГГц), но имеют очень низкую пропускную способность. Пример: MOSFET

Что вы имеете в виду под временем восстановления в прямом направлении?

Время прямого восстановления — это время, необходимое диоду для начала проводимости, называется временем прямого восстановления. Другими словами, время, необходимое диоду для переключения из выключенного состояния в включенное, называется временем прямого восстановления ( t F ).

Что вы подразумеваете под временем обратного восстановления?

Время обратного восстановления определяется как время между моментом прямого тока диода экземпляра, равным нулю, и мгновенным обратным током восстановления снижается до 25% от его обратного пикового значения Irm.

Что такое S-фактор диода?

Время восстановления в обратном направлении — это комбинация двух отрезков времени ta и tb, т.е. trr = ta + tb, где время ta — это время между переходом через ноль прямого тока и пиковым обратным током Irm.В течение времени ta, заряд, накопленный в области истощения, удаляется. Время tb измеряется от момента Irm до момента, когда достигается 0,25 Irm. Во время tb carge два полупроводника удаляются.
Отношение ta / tb называется коэффициентом мягкости или S-фактором. Диод с мягкостью, равной единице, называется диодом с мягким восстановлением, а диод с коэффициентом мягкости меньше единицы называется диодом быстрого восстановления или диодом быстрого восстановления.


Диоды — конструкция, функции, типы, испытания

Диод — это полупроводниковый прибор.Диоды играют важную роль в электронных схемах. Они используются в основном в неуправляемых выпрямителях для преобразования переменного тока в фиксированное постоянное напряжение и в качестве обратных диодов для обеспечения пути прохождения тока в индуктивных нагрузках.

Строительство

Диоды могут быть изготовлены из двух полупроводниковых материалов: кремния и германия. Силовые диоды обычно изготавливаются из кремния. Кремниевые диоды могут работать при более высоких токах и температурах перехода, и они имеют большее обратное сопротивление.

Структура полупроводникового диода и его обозначение показаны на рисунке ниже. Диод имеет два вывода: анодный вывод A (P-переход) и катодный вывод K (N-переход). Когда напряжение на аноде больше положительного, чем на катоде, диод считается смещенным в прямом направлении, и он легко проводит ток с относительно низким падением напряжения. Когда напряжение на катоде больше положительного, чем на аноде, диод считается смещенным в обратном направлении и блокирует ток. Стрелка на символе диода показывает направление обычного тока, протекающего при проводящем диоде.

Диоды и символ

Функция диодов

Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении. Стрелка символа цепи показывает направление, в котором может течь ток. Диоды — это электрическая версия клапана, и ранние диоды на самом деле назывались клапанами.

Падение прямого напряжения

Электричество расходует немного энергии, проталкиваясь через диод, как если бы человек толкал дверь пружиной.Это означает, что на проводящем диоде имеется небольшое напряжение, оно называется прямым падением напряжения и составляет около 0,7 В для всех обычных диодов, которые сделаны из кремния. Прямое падение напряжения на диоде почти постоянно, независимо от тока, протекающего через диод, поэтому они имеют очень крутые характеристики (график вольт-амперной характеристики).

обратное напряжение

Когда приложено обратное напряжение, идеальный диод не проводит, но все настоящие диоды пропускают очень крошечный ток в несколько мкА или меньше.Этим можно пренебречь в большинстве схем, потому что он будет намного меньше, чем ток, текущий в прямом направлении. Однако все диоды имеют максимальное обратное напряжение (обычно 50 В или более), и если оно будет превышено, диод выйдет из строя и пропустит большой ток в обратном направлении, это называется пробоем .
Обычные диоды можно разделить на два типа: сигнальные диоды, пропускающие малые токи 100 мА или меньше, и выпрямительные диоды, пропускающие большие токи.Кроме того, есть светодиоды (у которых есть своя страница) и стабилитроны (внизу этой страницы).

Подключение и пайка

Подключение диодов

Диоды должны быть подключены правильно, на схеме может быть обозначено a или + для анода и k или для катода (да, это действительно k, а не c, для катод!). Катод отмечен линией, нарисованной на корпусе. Диоды обозначены своим кодом мелким шрифтом; вам может понадобиться увеличительное стекло, чтобы прочитать это на небольших сигнальных диодах!

Маленькие сигнальные диоды могут быть повреждены нагревом при пайке, но риск невелик, если вы не используете германиевый диод (коды начинаются с OA…), и в этом случае следует использовать радиатор, закрепленный на проводе между соединением и корпусом диода. В качестве радиатора можно использовать стандартный зажим типа «крокодил».

Выпрямительные диоды достаточно прочные, и при их пайке не требуется специальных мер предосторожности.

Контрольные диоды

Вы можете использовать мультиметр или простой тестер (аккумулятор, резистор и светодиод), чтобы проверить, проводит ли диод в одном направлении, а не в другом. Лампу можно использовать для проверки выпрямительного диода, но НЕ используйте лампу для проверки сигнального диода, потому что большой ток, пропускаемый лампой, разрушит диод!

Диоды сигнальные (малоточные)

Сигнальные диоды используются для обработки информации (электрических сигналов) в цепях, поэтому они должны пропускать только небольшие токи до 100 мА.

Сигнальные диоды общего назначения, такие как 1N4148, изготовлены из кремния и имеют прямое падение напряжения 0,7 В.

Германиевые диоды , такие как OA90, имеют меньшее прямое падение напряжения 0,2 В, что делает их пригодными для использования в радиосхемах в качестве детекторов, выделяющих аудиосигнал из слабого радиосигнала.

Для общего использования, где величина прямого падения напряжения менее важна, кремниевые диоды лучше, потому что они менее легко повреждаются нагревом при пайке, они имеют меньшее сопротивление при проводимости и очень низкие токи утечки при обратном токе. приложено напряжение.

Защитные диоды для реле

Диод Максимальный
Ток
Максимум
Обратное
Напряжение
1N4001 1A 50 В
1N4002 1A 100 В
1N4007 1A 1000 В
1N5401 3A 100 В
1N5408 3A 1000 В

Сигнальные диоды также используются с реле для защиты транзисторов и интегральных схем от кратковременного высокого напряжения, возникающего при отключении катушки реле.На схеме показано, как защитный диод подключается к катушке реле, обратите внимание, что диод подключен «в обратном направлении», поэтому он обычно НЕ проводит. Проводимость возникает только тогда, когда катушка реле выключена, в этот момент ток пытается продолжать течь через катушку и безвредно отводится через диод. Без диода ток не мог бы течь, и катушка произвела бы разрушительный «всплеск» высокого напряжения, пытаясь удержать ток.

Выпрямительные диоды (большой ток)

Выпрямительные диоды используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC), процесс, называемый выпрямлением.Они также используются в других схемах, где через диод должен проходить большой ток.

Все выпрямительные диоды изготовлены из кремния и поэтому имеют прямое падение напряжения 0,7 В. В таблице указаны максимальный ток и максимальное обратное напряжение для некоторых популярных выпрямительных диодов. 1N4001 подходит для большинства цепей низкого напряжения с током менее 1 А.

Технология и структура »Электроника

— краткое изложение или учебное пособие по диоду с барьером Шоттки с указанием его структуры и того, как его можно использовать в радиочастотных схемах, а также в выпрямителях и других электронных схемах.


Учебное пособие по диодам с барьером Шоттки Включает:
диод с барьером Шоттки Технология диодов Шоттки Характеристики диода Шоттки Выпрямитель мощности на диоде Шоттки

Другие диоды: Типы диодов


Базовая структура и технология диода Шоттки могут показаться очень простыми и понятными.

В то время как первые диоды Шоттки были очень простыми, базовая технология была разработана, чтобы позволить как малосигнальные, так и силовые выпрямительные диоды использовать технологию, оптимизированную для каждого приложения.

Сегодня многие диоды включают элементы, в том числе защитные кольца и другие усовершенствования, которые значительно улучшают характеристики в различных областях.

Базовая структура диода Шоттки

Основа диода Шоттки — это интерфейс металл-полупроводник, который можно создать разными способами. Это простейший диод с точечным контактом, в котором металлический провод прижимается к чистой поверхности полупроводника N-типа. Этот метод изготовления изредка используется и сегодня, поскольку он дешев, но не особенно надежен и воспроизводим.Фактически формируемый диод может быть либо диодом с барьером Шоттки, либо стандартным PN-переходом, в зависимости от того, как встречаются провод и полупроводник, и от того, как происходит результирующий процесс формирования.

Точечный контакт диод Шоттки

Ранние беспроводные извещатели Cat’s Whisker были изготовлены таким образом, хотя и с использованием кристаллов минералов природного происхождения, но в этих детекторах было обнаружено, что для получения наилучших результатов провод нужно было аккуратно располагать, и через некоторое время производительность снизилась. отпадать, и требовалось новое положение для уса.

Излишне говорить, что эти ранние методы не получили широкого распространения в наши дни. В настоящее время используются другие, более совершенные и надежные технологии и конструкции диодов Шоттки.

Структура диода Шоттки с вакуумным напылением

Основное производство диодов Шоттки обогнало ранние диоды с точечным контактом, и одним из популярных методов является вакуумное напыление металла на поверхность полупроводника. Эта технология диодов Шоттки дает гораздо лучшие результаты, чем те, которые можно было получить с помощью ранних методов.

Структура диода Шоттки из осажденного металла

Эта структура диода Шоттки является очень простой и более схематичной, чем на практике. Однако он показывает основную технологию «металл-полупроводник» для диода Шоттки, которая играет ключевую роль в его работе.

Структура диода Шоттки с защитным кольцом

Одна из проблем, связанных с простой технологией диодов из наплавленного металла, заключается в том, что эффекты пробоя заметны по краям металлизированной области. Это происходит из-за сильных электрических полей по краю пластины.Также заметны эффекты утечки.

Чтобы преодолеть эти проблемы, используется защитное кольцо из полупроводника P +, изготовленное с использованием процесса диффузии, вместе с оксидным слоем по краю. В некоторых случаях вместо металла можно использовать силициды металлов.

Защитное кольцо в этой форме диодной структуры Шоттки работает, приводя эту область к лавинному пробою до того, как переход Шоттки будет поврежден большим уровнем обратного тока во время переходных процессов.

Технология диода Шоттки с защитным кольцом

Эта форма технологии диодов Шоттки используется, в частности, в выпрямительных диодах, где напряжение может быть высоким, а пробой является более серьезной проблемой.Его можно использовать даже для некоторых радиочастотных диодов Шоттки.

Примечания по технологии и структуре диодов Шоттки

В процессе изготовления есть ряд интересных моментов.

  • Наиболее важным элементом производственного процесса является обеспечение чистой поверхности для плотного контакта металла с поверхностью полупроводника, и это достигается химическим путем. Металл обычно наносится в вакууме с помощью испарения или распыления.Однако в некоторых случаях химическое осаждение получает определенную пользу, и используется фактическое гальваническое покрытие, хотя, как правило, оно не поддается контролю в требуемой степени.
  • Когда вместо чистого металлического контакта используются силициды, это обычно достигается осаждением металла и последующей термообработкой с получением силицида. Этот процесс имеет то преимущество, что в реакции используется поверхностный кремний, а фактический переход распространяется ниже поверхности, где кремний не подвергается воздействию каких-либо загрязнений.Еще одним преимуществом всей структуры Шоттки является то, что она может быть изготовлена ​​с использованием относительно низкотемпературных технологий и, как правило, не требует высокотемпературных стадий, необходимых для диффузии примесей.

Диод Шоттки используется в самых разных формах для самых разных приложений. Очевидно, что те, которые используются для сигнальных приложений, находятся в гораздо меньших корпусах, в наши дни часто в SMT. Эти устройства, используемые для силовых приложений, находятся в гораздо более крупных корпусах, часто те, которые могут быть прикреплены болтами к радиатору.

Технология диодов Шоттки значительно продвинулась, поскольку потребность в этом типе диодов возросла. Интересно, что технология диодов Шоттки способна обслуживать приложения как с очень низким, так и с высоким током, в отличие от других диодов.

Другие электронные компоненты:
резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы ВЧ разъемы Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Диод: определение, символ и типы диодов

Что такое диод?

Диод определяется как двухконтактный электронный компонент, который проводит ток только в одном направлении (при условии, что он работает в пределах указанного уровня напряжения). Идеальный диод будет иметь нулевое сопротивление в одном направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении.

Хотя в реальном мире диоды не могут добиться нулевого или бесконечного сопротивления.Вместо этого диод будет иметь незначительное сопротивление в одном направлении (для обеспечения протекания тока) и очень высокое сопротивление в обратном направлении (до предотвращает протекание тока ). По сути, диод похож на вентиль в электрической цепи.

Полупроводниковые диоды — наиболее распространенный тип диодов. Эти диоды начинают проводить электричество только при наличии определенного порогового напряжения в прямом направлении (то есть в направлении «низкого сопротивления»). Диод называется « с прямым смещением », когда ток проходит в этом направлении.При подключении к схеме в обратном направлении (то есть в направлении «высокого сопротивления») диод называется « с обратным смещением ».

Диод называется « с прямым смещением », когда ток проходит в этом направлении. При подключении к схеме в обратном направлении (то есть в направлении «высокого сопротивления») диод называется « с обратным смещением ».

Диод блокирует ток только в обратном направлении (т.е.е. когда он смещен в обратном направлении), в то время как обратное напряжение находится в заданном диапазоне. Выше этого диапазона происходит преодоление обратного барьера. Напряжение, при котором происходит этот пробой, называется «обратным напряжением пробоя».

Когда напряжение в цепи выше, чем напряжение обратного пробоя, диод может проводить электричество в обратном направлении (то есть в направлении «высокого сопротивления»). Вот почему на практике мы говорим, что диоды имеют высокое сопротивление в обратном направлении, а не бесконечное сопротивление.

PN переход — это простейшая форма полупроводникового диода. В идеальных условиях этот PN-переход ведет себя как короткое замыкание, когда он смещен в прямом направлении, и как разомкнутый контур, когда он смещен в обратном направлении. Название диод происходит от слова «диод», что означает устройство с двумя электродами. Диоды обычно используются во многих проектах в области электроники и включены во многие из лучших стартовых комплектов Arduino.

Символ диода

Символ диода показан ниже.Стрелка указывает в направлении обычного потока тока в состоянии прямого смещения. Это означает, что анод подключен к стороне p, а катод подключен к стороне n.

Мы можем создать простой диод с PN переходом, легируя пятивалентную или донорную примесь в одной части и трехвалентную или акцепторную примесь в другой части кристаллического блока кремния или германия.

Эти легирующие примеси образуют PN переход в средней части блока. Мы также можем сформировать PN-переход, соединив полупроводник p-типа и полупроводник n-типа вместе с помощью специальной технологии изготовления.Клемма, подключенная к р-типу, является анодом. Вывод, подключенный к стороне n-типа, является катодом.

Принцип работы диода

Принцип работы диода зависит от взаимодействия полупроводников n-типа и p-типа. Полупроводник n-типа имеет много свободных электронов и очень мало дырок. Другими словами, мы можем сказать, что концентрация свободных электронов высока, а дырок очень мала в полупроводнике n-типа.

Свободные электроны в полупроводнике n-типа называются основными носителями заряда, а дырки в полупроводнике n-типа называются неосновными носителями заряда.

Полупроводник p-типа имеет высокую концентрацию дырок и низкую концентрацию свободных электронов. Дырки в полупроводнике p-типа являются основными носителями заряда, а свободные электроны в полупроводнике p-типа являются неосновными носителями заряда.

Если вы предпочитаете видео-объяснение того, что такое диод, посмотрите видео ниже:

Несмещенный диод

Теперь давайте посмотрим, что происходит, когда одна область n-типа и одна область p-типа войти в контакт.Здесь из-за разницы концентраций большинство носителей проникает из стороны в сторону. Поскольку концентрация дырок высока в области p-типа и низкая в области n-типа, дырки начинают диффундировать из области p-типа в область n-типа.

И снова концентрация свободных электронов высока в области n-типа и мала в области p-типа, и по этой причине свободные электроны начинают диффундировать из области n-типа в область p-типа.

Свободные электроны, диффундирующие в область p-типа из области n-типа, рекомбинируют с имеющимися там дырками и создают незакрытые отрицательные ионы в области p-типа.Точно так же дырки, диффундирующие в область n-типа из области p-типа, будут рекомбинировать со свободными электронами, доступными там, и создавать непокрытые положительные ионы в области n-типа.

Таким образом, будет слой отрицательных ионов на стороне p-типа, а слой положительных ионов в области n-типа появится вдоль линии соединения этих двух типов полупроводников. Слои непокрытых положительных ионов и непокрытых отрицательных ионов образуют область в середине диода, где нет носителей заряда, поскольку все носители заряда рекомбинируются здесь, в этой области.Из-за отсутствия носителей заряда эта область называется обедненной.

После образования обедненной области диффузия носителей заряда с одной стороны на другую в диоде больше не происходит. Это связано с тем, что электрическое поле, возникающее в обедненной области, предотвращает дальнейшую миграцию носителей заряда с одной стороны на другую.

Потенциал слоя непокрытых положительных ионов на стороне n-типа отталкивает дырки на стороне p-типа, а потенциал слоя непокрытых отрицательных ионов на стороне p-типа отталкивает свободные электроны на стороне p-типа. сторона n-типа.Это означает, что на стыке создается потенциальный барьер для предотвращения дальнейшей диффузии носителей заряда.

Диод с прямым смещением

Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если положительный вывод источника подключен к стороне p-типа, а отрицательный вывод источника подключен к стороне n-типа диода, и если мы увеличим напряжение этого источника медленно с нуля.

Вначале через диод нет тока. Это связано с тем, что, хотя к диоду приложено внешнее электрическое поле, большинство носителей заряда все еще не получают достаточного влияния внешнего поля, чтобы пересечь область обеднения.Как мы уже говорили, область обеднения действует как потенциальный барьер против основных носителей заряда.

Этот потенциальный барьер называется прямым потенциальным барьером. Большинство носителей заряда начинают пересекать прямой потенциальный барьер только тогда, когда значение внешнего приложенного напряжения на переходе превышает потенциал прямого барьера. Для кремниевых диодов потенциал прямого барьера составляет 0,7 В, а для германиевых диодов — 0,3 В.

Когда внешнее прямое напряжение на диоде становится больше, чем прямой барьерный потенциал, свободные основные носители заряда начинают пересекать барьер и вносят свой вклад в прямой ток диода.В этой ситуации диод будет вести себя как закороченный путь, и прямой ток будет ограничиваться только внешними резисторами, подключенными к диоду.

Обратно смещенный диод

Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если мы подключим отрицательный вывод источника напряжения к стороне p-типа, а положительный вывод источника напряжения — к стороне n-типа диода. В этом состоянии из-за электростатического притяжения отрицательного потенциала источника дырки в области p-типа будут больше смещаться от перехода, оставляя больше открытых отрицательных ионов на переходе.

Таким же образом свободные электроны в области n-типа будут больше смещаться от перехода к положительному выводу источника напряжения, оставляя в переходе больше непокрытых положительных ионов.

В результате этого явления область истощения становится шире. Это состояние диода называется состоянием обратного смещения. В этом случае основные носители не пересекают перекресток, а вместо этого удаляются от перекрестка. Таким образом, диод блокирует прохождение тока при обратном смещении.

Как мы уже говорили в начале статьи, в полупроводнике p-типа всегда есть несколько свободных электронов, а в полупроводнике n-типа есть дырки. Эти противоположные носители заряда в полупроводнике называются неосновными носителями заряда.

В состоянии обратного смещения дырки, оказавшиеся на стороне n-типа, легко пересекли бы область обеднения с обратным смещением, поскольку поле в области обеднения не присутствует, а скорее помогает неосновным носителям заряда пересекать область обеднения.

В результате через диод протекает крошечный ток от положительной стороны к отрицательной. Амплитуда этого тока очень мала, так как количество неосновных носителей заряда в диоде очень мало. Этот ток называется током обратного насыщения.

Если обратное напряжение на диоде превышает безопасное значение из-за более высокой электростатической силы и из-за более высокой кинетической энергии неосновных носителей заряда, сталкивающихся с атомами, ряд ковалентных связей разрывается, что приводит к огромному количеству свободных электронов. -отверстие пары в диоде и процесс накопительный.

Огромное количество таких генерируемых носителей заряда будет способствовать возникновению большого обратного тока в диоде. Если этот ток не ограничен внешним сопротивлением, подключенным к цепи диода, диод может навсегда выйти из строя.

Типы диодов

Типы диодов включают:

  1. Стабилитрон
  2. PN-переходный диод
  3. Туннельный диод
  4. Вариантный диод
  5. Диод Шоттки
  6. Фотодиод
  7. PIN-диод
  8. Лазерный диод Лавинный диод
  9. Светоизлучающий диод

Конструкция и изготовление »Электроника Примечания

Структура и технологии изготовления туннельных диодов позволяют оптимизировать их характеристики.


Учебное пособие по туннельному диоду Включает:
Туннельный диод Теория туннельных диодов Структура устройства туннельного диода Обратный диод

Другие диоды: Типы диодов


Понимание структуры и способа изготовления туннельных диодов дает дополнительное представление о работе различных устройств с туннельными диодами.

Между структурой туннельного диода и структурой стандартного PN перехода есть много общего, но также есть некоторые ключевые различия, которые позволяют туннельному диоду работать так, как он есть.

Для производства туннельных диодных устройств можно использовать стандартные процессы производства, что позволяет изготавливать устройства экономичным способом.

Основы структуры туннельных диодов

Туннельный диод во многих отношениях похож на стандартный p-n-переход, за исключением того, что уровни легирования очень высоки. Плотности порядка 5х10 19 см -3 являются общими.

Еще одно отличие состоит в том, что область истощения, область между областями p-типа и n-типа, где нет носителей, очень узкая.Обычно он составляет от пяти до десяти нанометров, что соответствует ширине всего в несколько атомов.

При такой небольшой области обеднения уровни емкости очень малы, и это позволяет работать на высоких частотах, и, как правило, рабочие характеристики хорошо распространяются на микроволновую область.

Туннельные диоды могут быть изготовлены из множества различных полупроводников, но наиболее широко используется германий. Его преимущество в том, что он имеет небольшой энергетический зазор, что позволяет более эффективно туннелировать.

Структуры и методы туннельных диодов

Туннельные диоды могут изготавливаться с использованием множества различных структур. Эти структуры обычно делятся на три основных типа:

  • Структура туннельного диода из шарикового сплава: Этот тип формата туннельного диода изготавливается как мезаструктура. Для достижения такой формы структуры технология изготовления включает приведение сплава, содержащего необходимые легирующие добавки, в контакт с сильно легированной подложкой.Используемая температура составляет около 500 ° C, при этом легирующие примеси быстро плавятся и диффундируют в подложку. Затем определяется общая геометрия структуры путем травления диода до требуемых пропорций.
  • Структура туннельного диода с импульсным соединением: Это относительно простая в создании структура туннельного диода, хотя в процессе изготовления требуется тщательный контроль процесса. Туннельный диод создается с помощью проволоки, покрытой сплавом, содержащим необходимые легирующие примеси.Его сильно прижимают к сильно легированной подложке, а затем прикладывают импульс напряжения. Результатом этого является то, что соединение образуется в процессе местного легирования. Несмотря на это, у этого процесса есть недостатки, потому что он позволяет получить только небольшое соединение, а точные свойства, включая площадь соединения, нельзя точно контролировать.
  • Структура планарного туннельного диода: Планарная технология может использоваться для создания туннельных диодов. При таком подходе к процессу изготовления сильно легированная подложка n + маскируется изолирующим слоем, оставляя небольшую открытую область.Затем эта открытая область становится активной областью диода. Легирование области может быть введено путем диффузии, легирования или эпитаксиального роста. В качестве альтернативы можно нарастить эпитаксиальный слой по всей поверхности, а затем протравить те области, которые не требуются для образования мезаструктуры.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *