Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
действием каких-либо 'модулирующих механизмов, как, например, эффект поля
в МДП-приборах.
7. Функциональные возможности
Р-п переход представляет собой двухполюсный прибор, который может
выполнять различные функции в электрических схемах в зависимости от
приложенного напряжения, а также распределения концентрация ц] имесей и
геометрии прибора. В этом разделе (мы коротко рассмотрим некоторые 'из
интересных применений диодов, основанных "на особенностях их 'вольт-
амперных и вольт-ф.арадных характеристик, а также на характеристиках
пробоя, рассматривавшихся в 'предыдущих разделах. Однако здесь ничего не
говорится о двух важных типах диодов - туннельном диоде и ЛПД. Они будут
'подробно рассмотрены в двух последующих главах.
¦1. 'Выпрямители. Выпрямитель представляет собой плоскостной диод,
специально предназначенный для выпрямления переменного тока. Иначе
говоря, он обладает очень низким сопротивлением для тока, тешущего в
одном направлении, и .очень высоким сопротивлением в другом направлении.
Прямое и обратное сопротивления Диода легко можно рассчитать из уравнения
вольт-амнерной характеристики реального диода:
I = Is(eqVlnkT- 1), (95)
где Is - ток .насыщения, а значения и лежат обычно между 1 и 2 (?=И для
'диффузионного тока .и /1=2 для рекомбинационного тока). Из уравнения
|(95) можно и-олучить выражения для прямого сопро-
т,мления "а постоянном токе .(статического) Rf и иа малом сигнале
(динамического) rF:
Up f UF \
Rf=-jj{^-j^-e-qUF'nKT для U^SkT/qJ-
(96a)
dUp nkT
(966)
dlp qf p
¦Обратные сопротивления иа постоянном токе Rr н на малом сигнале rR
'определяются выражениями:
UR ( UR
Rr = -j^^( -f- pW\UR\^ZkT/q ); (97a)
^_TAT_q\vR\nr
rR- dlR - qls e • (9/D)
¦Сравнивая уравнения (96) и >(97), можно видеть, что коэффициент
вьщрямления на постоянном токе Rr/iRf изменяется как exip,(qU/nkT), а
коэффициент выпрямления на переменном токе г л/г г изменяется как /Р/ {Ie
ехр,(-q\ UR\lkT)].
Выпрямительные диоды имеют обычно малые скорости переключения, иначе
говоря, для переключения из состояния с высокой примой проводимостью в
состояние с высоким обратным сопротивлением .требуется значительное
время. Эта временная задержка, которая, как показало на рис. 37,
пропорциональна времени жизни неосновных носителей, -не -имеет
существенного значения при выпрямлении тока с частотой 60 гц. Для'
сохранения эффективности выпрямления иа высоких частотах следует
значительно уменьшать время жизни. Большинство выпрямительных диодо-в
имеет мощности рассеяния от 0,1 до 10 ет, обратные напряжения 'пробоя от
50 до 2 500 в '(.в высоковольтных выпрямителях два или более р-п
переходов включаются последовательно) и времена переключения от 50 нсек
для маломощных диодов приблизительно до 500 нсек для мощных диодов [('1
ксек=ilO^9 сек).
2. Опорные диоды. Опорный диод представляет собой плоскостной диод,
который работает при обратных напряжениях вплоть до .напряжения пробоя.
До наступления пробоя диод обладает очень высоким сопротивлением, а после
пробоя-очень малым динамическим сопротивлением. Таким образом, происходит
ограничение напряжения на уровне напряжения пробоя.
Большинство опорных диодов изготовляется из кремния. Основными причинами
этого являются малые токи насыщения в кремниевых диодах и высокий уровень
гге>хнологии кремниевых приборов. Как уже говорилось в разд. 6, при
напряжениях пробоя UB больше, чем 6Eg/g (приблизительно 8 в для кремния)-
, основным механизмом пробоя является лавинное умножение, а температурный
коэффициент Uв является положительным. (При UB<iEelq (около
5 в для Si) механизм пробоя является туннельным, и температурный
коэффициент Uв отрицателен. При 4Eg[q<UB<&Eejq в пробое участвуют оба эти
механизма. Можно соединить последовательно диод с отрицательным
температурным коэффициентом и диод с положительным температурным
коэффициентом, получив таким сб-пазом шорный диод с малым темпер атурным
коэффициентом (порядка 0,002 %/°С).
8. Варисторы. Варистором (или регулируемым сопротивлением) называют
'двухполюсный прибор с нелинейной вюльт-амперной ха-ахтеристикой. 'Как
видно из уравнений (91) и (92), вольт-амперные характеристики
плоскостного диода являются неомическими. Аналогичными неомическими
характеристиками, как будет показано в гл. 8, обладают диоды со
структурой металл - полупроводник. Интересным 'Применением /варисторов
является их использование в качестве симметричных ограничителей малых
напряжений '(около 0,5 в) при параллельном соединении двух диодов их
разноименными полюсами. Такой прибор, состоящий из двух диодов, обладает
прямой вольт-амперной характеристикой в любом направлении.
4. Варакторы. Варактором называют прибор, реактивностью которого можно
управлять с помощью напряжения смещения. Варак-торные диоды широко
используются для параметрического усиления, генерации гармоник, в
качестве смесителей, детекторов, а также в схемах электронной настройки
[Л. 31, 32].
Основные вольт-фарадиые соотношения были получены в разд. 3. Теперь мы
