Информация о готовой работе
Бесплатная студенческая работ № 3776
На основе использования свойств р-n-перехода в настоящее время создано множество различных типов полупроводниковых диодов. Выпрямительные диоды предназначены для преобразования пе- ременного тока в постоянный.Их основные параметры: I__па max __-__м кбЁм Умнл© папм®© в®к__; __V__па_^^&-__- п денЁе н папженЁп н дЁ®де паЁ папм®м бмейенЁЁ Ё з д нн®м в®ке;I__®ба__ __-__в®к зеаез дЁ®д паЁ ®ба вн®м бмейенЁЁ Ё з д нн®м н папженЁЁ;V__®ба max__ - м кбЁ- м Умн®е ®ба вн®е н папженЁе; f-дЁ п зон частот,в котором выпрямленный ток не снижается меньше заданного уровня. По величине выпрямленного тока выпрямительные диоды малой(I__па < 0,3А),__баедне© (0,3 A <I__па >10 А) __Ё б®Уми®© (I__па __>10A)__ м®йн®бвЁ. ДУп б®зд нЁп влпапмЁвеУмнле дЁ®д®в паЁме- нповбп пУ®бк®бвнле p-n-пеаее®дл,п®Угзеннле бпУ вУенЁем Ё дЁддгзЁе©.Влб®кЁе зн зенЁп I__па__ ®бебпезЁв овбп Ёбп®Умз®в - нЁем p-n-пеаее®д®в б б®Уми®© пУ®й дмо. Б®УмиЁе зн зенЁп V__®ба__ max д®бвЁг овбп Ёбп®Умз®в нЁем в к - честве базы диода материала с высоким удельным сопротивле- нием.Наибольшие значения V__®ба__ max м®ггв блвм п®Угзенл паЁ Ёбп®Умз®в нЁЁ p-i-n-дЁ®д ,в к иЁаЁн ®бУ бвЁ ®бкемн®г® з ап- д в нем н Ёб®Уми п, бУед®в веУмн®,н Ёб®Умиее Ё зн зенЁе н папженЁе па®б®п.Т к к к б ЁзмененЁем вемпеа вгал V__®ба__ max Ёзменпевбп, в® ег® зн зенЁе д евбп дУп ®паедеУенн®© вемпеа - вгал (®блзн® к®мн внго) . ПаЁ б®УмиЁе Iпа в дЁ®де, вбУедбввЁе п денЁп н папженЁп н нем, влдеУпевбп вепУ®.П®нв®мг влпапмЁвеУмные диоды отличают- ся от остальных типов диодов большими размерами корпуса и внешних выводов для улучшения теплоотвода. Выпрямительные диоды изготавливают в настоящее время в ос- новном из кремния и германия.Кремниевые диоды позволяют по- лучать высокие обратные напряжения пробоя, так как удельное сопротивление собственного кремния (p 10 Ом см) много больше удельного сопротивления собственного германия(p 50 Ом см).Кроме этого, кремниевые диоды оказываются работоспособ- ными в большем интервале температур (-60...+125С),поскольку ширина запрещенной зоны в кремнии(1,12эВ)больше, чем в гер- мании(0,72эВ), а следовательно, обратный ток меньше(1,46). Германиевые диоды работоспособны в меньшем интервале темпе- ратур(-60...+85C),однако их выгоднее применять при выпрямле- нии низких напряжений, так как V__па__ дУп геам нЁевле дЁ®д®в(0,3...0,8 B ) менмие , зем дУп каемнЁевле(д® 1,2В).СУед®в веУмн®, менмие бгдев Ё м®йн®бвм, а ббеЁв ем п внгваЁ геам нЁев®г® дЁ®д . Полупроводниковые диоды, на вольт-амперной характеристи- ке которых имеется участок со слабой зависимостью напряже- ния от тока,называются стабилитронами.Таким участком являет- ся участок пробоя p-n-перехода.Для изготовления стабилитро- нов используют кремний, так как обратный ток кремниевых дио- дов, по сравнению с германиевыми, меньше зависят от темпера- туры,а следовательно, вероятность теплового пробоя в них меньше и напряжение на участке пробоя (лавинного или тун- нельного)почти не изменяется с изменением тока. Основные параметры стабилитронов:V__бв__-н папженЁе бв бЁУЁз - жЁЁ;Iбв min-мЁнЁм Умнл© в®к,б к®в®а®г® н зЁн евбп бв бЁУЁз - жЁп н папженЁп;R__д__=dV/dI-дЁддеаенжЁ Умн®е б®па®вЁвУенЁе (в а б®зе© в®зке);R__бв в__=V/I-бв вЁзебк®е б®па®вЁвУенЁе (в а б®- зе© в®зке); Q=Rд/R__бв в__-к®нддЁжЁенв к зебвв ; ТНК=(1/V__бв__)(dV__бв__/dT)-вемпеа вганл© к®нддЁжЁенв н папженЁп бв бЁУЁз жЁЁ. Св бЁУЁва®нл Ёзг®в вУЁв овбп б а зУЁзнлмЁ зн зенЁпмЁ Vбв,®т 3 до 200 В. Для диодов с V__бв__>7В иЁаЁн p-n-пеаее®д д®бв в®зн® веУЁк Ё мее нЁзм па®б®п У вЁннл©. С а®бв®м вем- пеа вгал ®ба внл© в®к дЁ®д гвеУЁзЁв евбп, в к-же гвеУЁзЁ- в евбп Ё н папженЁе па®б®п. Эв® ®бгбУ®вУен® вем, зв® вепУ®- в®е а ббепнЁе гвеУЁзЁв евбп, дУЁн бв®б®дн®г® па®бег н®бЁ- веУе© гменми евбп Ё к p-n-пеаее®дг ваебгевбп паЁУ®жЁвм б®Умиее н папженЁе, зв®бл н®бЁвеУЁ з апд н б®Умием пгвЁ (а вн®м дУЁне бв®б®дн®г® па®бег ) н ба УЁ кЁневЁзебкго ннеа- гЁо, д®бв в®зную для ионизации. В диодах с V__бв__<7В иЁаЁн p-n-пеаее®д м У Ё н апдг б У - вЁннлм мее нЁзм®м де©бввгев Ё вгннеУмнл©. К®нбвагквЁвн® бв бЁУЁва®нл Ёзг®в вУЁв овбп п®д®бн® влпап- мЁвеУмнлм дЁ®д м, Ё Ёе м®жн® Ёбп®Умз®в вм вмебв® дЁ®д®в.
__ИмпгУмбнле ДЁ®дл ИмпгУмбнлмЁ н злв овбп дЁ®дл, к®в®але м®ггв а б®в вм б ваемен мЁ пеаекУозенЁп 1 мкб Ё менмие. Влб®к®з бв®внлмЁ - влпапмЁвеУмнле дЁ®дл, паедн зн зеннле дУп а б®вл н з бв®- в е д® 150 МГж Ё влие. Б®Уми®е вУЁпнЁе н е а квеаЁстики p-n-перехода на высоких частотах оказывает зарядная емкость. Ее влияние проявляется в шунтировании p-n-перехода на высоких частотах и ухудшении выпрямляющих свойств. В импульсных диодах наличие зарядной емкости приводит к искажению формы импульса. Поэтому им- пульсные и высокочастотные диоды характеризуются как малым значением диффузионной емкости так и малым значением заряд- ной емкости. Малое значение зарядной емкости достигается уменьшением площади p-n-перехода. Поэтому основная конструк- тивная задача заключается в уменьшении площади p-n-перехода. Для изготовления импульсных и высокочастотных диодов используют германий и кремний. Преимуществом диодов из гер- мания является малое значение падения напряжения на диоде при прямом смещении, что существенно при работе диодов при малых сигналах. Представляет интерес создание импульсных и высокочастот- ных диодов на основе гетеропереходов с одним типом проводи- мости, например, n1-n2.
Если работа выхода электронов из широкозонного полупроводника меньше, чем из узкозонного, то энергетическая диаграмма n1-n2- гетероперехода может быть пред- ставлена в виде (Рис. 1)
Рис. 1
При подаче напряжения на гетеропереход, например положи- тельного на n2, а отрицательного на n1-полупроводник, элек- троны из n1-полупроводника смогут переходить в n2-полупро- водник. Через гетеропереход протекает ток, и такую поляр- ность внешнего напряжения можно назвать прямой. При обратном смещении электроны из n2-полупроводника бу- дут скатываться в потенциальную яму перед переходом, пройти который они не могут, так как перед ними находится потен- циальный барьер. Обратный ток может образоваться только за счет туннельного перехода электронов из n2-полупроводника через потенциальный барьер и за счет перехода дырок из n1- в n2-полупроводник. Для его уменьшения первый полупроводник должен быть достаточно сильно легирован, чтобы концентрация неосновных носителей была мала, а ширина перехода должна быть достаточно большой, чтобы электроны из n2-полупроводни- ка не смогли туннелировать через потенциальный барьер.
__ДЁ®дл Ш®ввкЁ ДУп б®зд нЁп дЁ®д®в Ш®ввкЁ Ёбп®Умзгевбп к®нв кв мев У-п®- Угпа®в®днЁк. ДЁ®дл Ш®ввкЁ ®вУЁз овбп вем, зв® Ёе а б®в ®б- н®в н н пеаен®бе ®бн®внле н®бЁвеУе©. ПаЁ папм®м бмейенЁЁ нУеква®нл Ёз п®Угпа®в®днЁк пеаее®дпв в мев УУ. Ие ннеагЁп н б®Умие ннеагЁЁ нУеква®н®в в мев УУе. ЭУеква®нл Ёз п®Угп- роводника быстро (примерно за 10 с) теряют на соударениях свою избыточную энергию и не могут возвратиться в полупро- водник. В диодах Шоттки не происходит накопления заряда неосновных носителей (обуславливающее снижение быстродей- ствия p-n-перехода), поэтому они особенно перспективны для использования в качестве сверхбыстродействующих импульсных и высокочастотных диодов. Типичное время восстановления обрат- ного сопротивления диода Шоттки на основе, например Au-Si, порядка 10 пс и менее.
__Ф®в®дЁ®дл ЕбУЁ п®д вм н дЁ®д ®ба вн®е бмейенЁе, ®н м®жев Ёбп®Умз®- в вмбп в к зебвве д®в®паЁемнЁк , в®к к®в®а®г® з вЁбЁв ®в ®б- вейенЁп. ПаЁ д®бв в®зн® б®УмиЁе ®ба внле н папженЁпе в®Умв- мпеан п е а квеаЁбвЁк (аЁб. 2) з пЁиевбп в к:
_ I__=-(_ I__н б__+_ I__д)__=-_ I__н б__-_ qc__B_ S__Ф
в.е. в®к не з вЁбЁв ®в н папженЁп, ®паеде- Упевбп в®Умк® ЁнвенбЁв- н®бвмо бвев .
РЁб. 2
ДУп гвеУЁзенЁя чувствительности фотодиода может использо- ваться эффект лавинного умножения носителей в области объем- ного заряда p-n-перехода. К недостаткам лавинного фотодиода следует отнести, во-первых зависимость _ М __®в ЁнвенбЁвн®бвЁ бвев Ё, в®-вв®але, жебвкЁе ваеб®в нЁп к бв бЁУмн®бвЁ пЁв о- йег® н папженЁп (0,01... 0,2 %), в к-к к к®ндЁжЁенв гмн®же- нЁп_ М __бЁУмн® з вЁбЁв ®в н папженЁп. ИнеажЁ®ннле бв®©бвв д®в®дЁ®д®в м®жн® е а квеаЁз®в вм пае- деУмн®© а б®зе© з бв®в®© (з бв®в м®дгУпжЁЁ бвева, на кото- рой амплитуда фотоответа уменьшается до 0,7 от максимальной), постоянной времени фотоответа (определяемой по времени наростания импульса фотоответа до 0,63 до макси- мального, при прямоугольном импульсе света), сдвигом фаз между входным (световым) и выходным (электрическим) сигналом. В общем случае, инерционность фотодиодов определяется тре- мя основными параметрами: временем диффузии неравновесных носителей через базу ; временем их полета через область объемного заряда p-n-перехода ; RC-постоянной . Время диффузии носителей через базу определено как: =W_ __ /2_ D__p Ваемп п®Уев н®бЁвеУе© зеаез ®бУ бвм ®бУ бвм ®бкемн®г® з ап- д (иЁаЁн®© _ d__)_ __м®жн® ®женЁвм к к =_ d__/V__max, __где V__max __- м к- бЁм Умн п бк®а®бвм двЁженЁп н®бЁвеУе© в нУекваЁзебк®м п®Уе, к®в®а п паЁ б®УмиЁе п®Упе не з вЁбЁв ®в н папженн®бвЁ нУек- ваЁзебк®г® п®Уп вбУедбввЁЁ гменмиенЁп п®двЁжн®бвЁ в бЁУ®вле п®Упе. Влб®кЁм блбва®де©бввЁем обладают фотодиоды на основе барьера Шоттки. В типичной структуре такого диода через тон- кую полупрозрачную пленку металла и поглощается в основном в области объемного заряда полупроводника. Следовательно, ин- нерционность обуславливается только временами __ i__ Ё __rc__. М У®е зн зенЁе ®бгбУ вУЁв евбп гзк®© ®бУ бвмо ®бкемн®г® з апд , неб®Уми®е зн зенЁе п®Угз евбп з бзев в®г®, зв® гдеУмн®е б®па®вЁвУенЁе мев УУ мн®г® менмие, зем п®Угп- а®в®днЁк , Ё б®®ввевбввенн® менмше. Основными переносчи- ками тока через контакт в этом случае являются дырки полуп- роводника, которые практически мгновенно рекомбинируют с электронами в металле.
__Свев®дЁ®дл ЭнеагевЁзебк®© е а квеаЁбвЁк®© ЁзУгз ойЁе дЁ®д®в (бвев®- дЁ®д®в) пвУпевбп кв нв®в п нддеквЁвн®бвм, к®в®а п ®паеде- Упевбп к к ®вн®иенЁе зЁбУ ЁзУгз емле в® вне д®в®н®в к зЁб- Уг нУеква®н®в, па®е®дпйЁе зеаез p-n-пеаее®д. Х®вп нв веУЁ- зЁн ве®аевЁзебкЁ м®жев д®бвЁг вм 100%, па квЁзебкЁ ®н п®- апдк 0,1...1%. Это объясняется большой долей безизлуча- тельных переходов в общем рекомбинационном процессе и малос- тью доли фотонов, выходящих из светодиода. С понижением тем- пературы вероятность излучательной рекомбинации растет и квантовая эффективность увеличивается. Отличительными особенностями светодиодов по сравнению с обычными источниками света являются малые размеры, малые ра- бочие напряжения, высокое быстродействие (__~__10__ __c) Ё б®Уми®© ба®к бУгжбл. Свев®дЁ®дл н е®дпв иЁа®к®е применение для схем автоматики, световых табло, оптронов.
__ТгннеУмнле ДЁ®дл ТгннеУмнл© дЁ®д пвУпевбп б в®Умв- мпеан®© е а квеаЁбвЁк®© N-вЁп , а б®в к®в®а®г® ®бн®в н н вгннеУмн®м па®е®жденЁЁ н®бЁвеУе© з апд зеаез п®венжЁ Умнл© б амеа p-n-пеаее®д . К к Ёзвебвн®, веа®пвн®бвм вгннеУмн®г® па®е®жденЁп з бвЁж зе- аез п®венжЁ Умнл© б амеа а бвев б гменмиенЁем ег® иЁаЁнл. П®нв®мг дУп б®зд нЁп вгннеУмнле дЁ®д®в Ёбп®Умзгов p-n-пеае- е®дл б гзк®© ®бУ бвмо ®бксмн®г® з апд . ДаггЁм ваеб®в нием к материалу туннельного для диода является необходимость вы- рождения p- и n- областей. Полупроводники становяться вырож- денными при сильном легировании. Уровень Ферми в этом слу- чае расположен в разрешенной зоне. С повышением концентра- ции примесей уменьшается и ширина области объемного заряда p-n-перехода (при N__a__=N__d__=10 бм ,d 10 бм). Т кЁм ®ба з®м, бЁУмнлм УегЁа®в нЁем ®бУ бве© p-n-пеаее®д д®бвЁг евбп вл- а®жденЁе p- Ё n- п®Угпа®в®днЁк®в Ё м У®е зн зенЁе иЁаЁнл p-n-перехода. Эквивалентная схема _ R вгннеУмн®г® дЁ®д м®жев__ __ЪДД____ДД__ блвм паедбв вУен в вЁде__ тДДДД__ _ C__ ГД____ДД
ДДДт (РЁб. 3). __ __АДД___ДДД__Щ _ r__ _ L
__ __ РЁб. 3
Он б®бв®Ёв Ёз дЁддеаенжЁ Умн®г® б®па®вЁвУенЁп p-n-пеаее®- д _ R__, з апдн®© смк®бвЁ _ C__, б®па®вЁвУенЁп п®веам _ r, __ЁндгквЁв- н®бвЁ влв®д®в_ L. __Емк®бвм к®апгб вгннеУмн®г® дЁ®д м®жн® гзебвм в схеме внешней цепи, поэтому мы её для простоты опустим. Перенос тока в туннельном диоде при V<V__®бв__ ®бгйеб- ввУпевбп ®бн®внлмЁ н®бЁвеУпмЁ, не не®бн®внлмЁ, к к в ®блз- нле дЁ®д е. Ск®а®бвм а бпа®бва®ненЁп па®жебб ®паеде- Упевбп ваеменем аеУ кб жЁЁ . Эв® ваемп п®апдк 10 ... 10 б Ё ®н® не ®га нЁзЁв ев з бв®внле бв®©бвв паЁб®а . П®нв®мг в нквЁв Уенвн®© бееме ®вбгвбввгев дЁддгзЁ®нн п смк®бвм p-n-пеаее®д , вбе ®бв Умнле нУеменвл па квЁзебкЁ не з вЁбпв ®в з бв®вл. На основании эквивалентной схемы нетрудно записать выраже- ние для полного сопротивления туннельного диода, а из него определить предельную и собственную резонансную частоту. Туннельные диоды, благодаря их высокочастотным свойствам, применяються в схемах высокочастотного переключения, а так-же для усиления и генерирования колебаний на сверхвысо- ких частотах. Схема переключения подобна аналогичной схеме на S-диоде. Для того чтобы нагрузочная прямая пересекала вольт-амперную характеристику в трех точках, сопротивление нагрузки должно быть больше дифференциального сопротивления диода на участке отрицательного сопротивления. Вследствии большей ширины запрещённой зоны арсенида гал- лия напряжение срыва в диодах из него (__~__1 B) влие, зем в дЁ®д е Ёз геам нЁп (__~__0,4 B). П®нв®мг дЁ®дл Ёз абенЁд г У- УЁп паедп®звЁвеУмнее дУп Ёбп®Умз®в нЁп в пеаекУоз ойЁе гб- ва®©бвв е (в ®б®бенн®бвЁ дУп бзевн®© веенЁкЁ) Ё в генеа в®- а е. ШЁа®к п з паейенн п з®н ®бгбУ вУЁв ет и большую их термостабильность. Германиевые туннельные диоды имеют меньший уровень собственных шумов, что важно для использова- ния в схемах усилителей. ___н_м___ц_=_ь
Вы можете приобрести готовую работу
Альтернатива - заказ совершенно новой работы?
Вы можете запросить данные о готовой работе и получить ее в сокращенном виде для ознакомления. Если готовая работа не подходит, то закажите новую работуэто лучший вариант, так как при этом могут быть учтены самые различные особенности, применена более актуальная информация и аналитические данные