Жартылай өткізгіш диоды

Жартылай түзеткішті диод деп – айнымалы токты тұрақты тоққа түзетуге арналған жартылай өткізгішті құралын айтады.

Түзеткіш және аз қуатты түзеткіш диодтар – үлкен жиілікті және импульсті тізбектер үшін қолданылады, бұлардың құрылысы нүктелік диод құрылысына ұқсас келеді.

Нүктелік диод конструкциясы: 1 – жалғау сымы; 2 – шыны корпусы; 3 – жартылай өткізгішті кристалл контакт; 4 – иілгіш.

Асу ауданы үлкен болғандықтан тура тоқ жазық диодтарда 1А-ден 10 мкА-ге тең болады:

Мұнда жартылай өткізгіште тоқ тығыздығы j =1-10 A/мм² болған-дықтан жартылай өткізгіштің қызу температурасын көбейтеді, ал ол диодтың жұмыс істеуіне қауіпті. Ge диод – 85ºС, Si-де – 150ºС, GaP – 500ºС, GaAs – 1000ºС. Егер диодқа үлкен берілсе, p-n асуында көптеген тесулер болады, ол токқа бірден үлкейуіне әкеліп соғады, бұл кезде диодқа зақым келуі мүмкін.

Микроэлектроникада жартылай өткізгіш диоды көбінесе түзеткіштер ретінде кеңінен радио техникалық құралдарда немесе электронды құрылымдарда қолданылады. Оның жұмыс істеу қасиеті p-n асуларына тән, ол жартылай өткізгіш аймағындағы әр текті электро өткізгіштік асулар арқылы пайда болады (n-аймақта электрондар (донор) теріс зарядты, ал p-аймақта – кемтіктер (акцепторлар) оң зарядтарға бөлінеді).

Аймақтарда көлемдік зарядтар жиынын және түйіспелі потенциал айырымы пайда болады. Екі аймақтарда қоспалық концентрация өсуіне ол аймақтардағы меншікті кедергінің кемуіне байланысты потенциал айырымы шамасы ұлғаяды. Егер p және n аймақтары пайда болмаған кезде:

F=kT/q·ln·n_n /n_p =kT/q·P_p /P_n=kT/q·ln·N_aN_g/n_i². (3,29)

Максималды шамасы өтпейтін еніне Е тура сәйкес келеді. F_kmax=E/q (2). Түйіспелі потенциалдық жылуға (температураға) байла-ныстылығы негізінен заряд тасымалдаушы өзіндік концентрация өзгерісінің жылуға тәуелділігін көрсетеді:

n_i=AT^3/2e^-E/2kT, (3,30)

мұндағы А – жартылай өткізгіштің қасиетін анықтайтын тұрақты шама. Потенциалдық айырымның сандық мәні жылудың өсуіне байланысты шамамен 1 градус сайын 2 мВ-қа азаюын байқатады.

p-n асуындағы тұрақты токтың (І) өту теңдеуі:

I=I_қ(e^qu/kT-1), (3,31)

мұндағы I_қ – қаныққан тоқ.

Бұл қаныққан тоқ p-n асуларындағы өтетін негізгі тасымалдаушы емес дрейфті қозғалыстардың әсерінен туады. Оның шамасын анықтау теңдеуі:

I_s=qS(P_nL_p/V_p+n_pL_n/V_n)=qSn_i²(L_p/T_pN_a+L_n/T_nN_d), (3,32)

мұндағы S-p-n асуларының ауданы; L_р – диффузиялық ұзындық; P –аймақтағы τ_р-кемтіктердің n аймақтағы өмір сүру уақыты.

Көптеген жағдайларда интегралдық микросхемаларда симметрия-сыз p-n-асуларды қолданады. Мысалы: N_д >>N_A.

Ондағы (3,32)-теңдеу бойынша қаныққан ток мәні қысқартылып қарастырылады:

I_қ=qSn_i²· (L_p/T_pN_a),

мұндағы қаныққан ток негізгі тасымалдаушы заряд концентрациясын квадратына тура пропорционалдығын көрсетеді.

Жартылай өткізгіш диодтың вольт-амперлік сипаттамасы (4) теңдеу арқылы анықталады (3,15.а-сурет) (1-қисық).

3,15.а-сурет (2-қисық) рекомбинациялық процесстер кезінде анықта-латын ток (негізгі тасымалдаушы зарядтың көлемдік генерациялауы).

Генерациялы ток теңдеуі:

I_т=qSn_id/t,

мұндағы: d – көлемдік зарядтың p-n-асуларындағы ені; t – электронмен кемтіктер жұптарының өмір сүру уақыты.

Сурет 3,15.а

Мұнда I_т жылу өскен сайын аздап өседі (S_i-p-n-асулары үшін I_т әр 10ºС ішінде екі есе көбейеді).

Кері тоқтар көлемдік және беттік деффектілерге тікелей байла-нысты болады. Оларды көбінесе өтпелі токтар деп атайды. Ондағы U_кері=T.

Аз қуатты интегралдық микросхемалық диодтарда түзеткіштер ретінде қолданылады. Ол жаппалы теспелердің қасиеттеріне байла-нысты.

Жаппалы көбею коэфициентінің теңдеуі: M=1/1-(U/U_теспе)^m_:

U_теспе=Ar^b,

мұндағы: r – материалдың меншікті кедергісі; А, b – кейбір тұрақты шамалар. Жартылай өткізгіш диодтың жиіліктік қасиеті – біріншіден p-n-асулардың сыйымдылығына байланысты болады;

C_{кедергі}=dQ/dU=a²/(f_k-u₀)ⁿ,

мұндағы а-p-n- асу ауданының тұрақтысы.

Дифференциалдық сыйымдылық C_диф p-n асуларының өткен ток мәндеріне байланысты:

C_диф=q²/kT[n_pL_n+p_nL_p]e^qu/kT,

n_p және p-n аймақтағы кемтік пен электрондардың концентрациясы; L_n, L_p – диффузиялық ұзындықтар.

Жартылай өткізгіш диодтарға импульстік сипаттама (3,15.б, в-сурет).

б) в)

Сурет 3,15.б, в. Жартылай өткізгіш диодтарға импульстік сипаттама

Варикап – p-n-асудың көлемі кері кернеуге байланыстылығы қолданылатын және электрлік көлем басқарушысы бар элемент ретінде қолдануға арналған жартылай өткізгіш диод.

Варикаптың жартылай өткізгіш материалы ретінде кремний қолданылады. Варикап көлемінің кері кернеуге тәуелділігі және оның шартты белгісі 3,16-суретте көрсетілген.

Сурет 3,16

Варикаптың негізгі параметрлері U_керi= үлкен емес кері кернеу кезінде тұрақталынатын жалпы көлем C_B және K_C=C_MAX/C_MINС көлем бойынша жабу коэффициенті болып табылады. Шығарылатын көп варикаптар үшін С=10 500 пФ және К_С=5 20.

Варикаптар қашықтықты басқару жүйесінде, және жиілікті автоматты қосуда және өзіндік шуы аз деңгейде болатын параметрлік күшейткіштерде (усилитель) қолданады.

Фотодиодтар, жартылай өткізгіш фотоэлементтер және жарық диодтары. Бұл диодтың үш түрінде де оптикалық сәулеленумен бірге (көрінетін, инфрақызыл немесе ультрафиолет) p-n өтудің жабық қабатында заряд тасығыштар (электрондар және кемтіктермен) арақатынас эффектісі қолданылады.

Фотодиодта p-n өтудің жарықталуының нәтижесінде кері ток көбейеді. Жартылай өткізгіштік фотоэлементте p-n-өтудің жарықта-луының нәтижесінде кері кернеу пайда болады. Жарық диодта тура ток режимінде p-n өту аймағында көрінетін немесе инфрақызыл сәулелену пайда болады.

Фотодиодтар, жартылай өткізгіш фотоэлементтер және жарық диодтар келесі бөлімдерде толық қарастырылған.

Соңғы уақытта диодтың тағы екі түрі пайда болды: магнитті диод және тензодиод.

Магнитті диод-магнитті аймақтың әсерінен ВАС-ның өзгеруі қолданылатын жартылай өткізгіш диод.

Магнитті диод ретінде жартылай өткізгіш материалының үлкейтілген қалыңдығымен германий немесе кремний негізінде жасалған түзеткіш диодтар қолданылады. Магниттідиодтың негізгі параметрі оның сезгіштігі болып саналады:

=dU_ОҮЭ/(dBI),

мұнда dU және dB – сәйкес түзу кернеу мен магнит индукциясының өсімшелері (прирощение). Мәндер диапазоны:

=(10 50)·10³B/(Тл·мА).

Тензодиод – механикалық деформация әсеріне ВАС-тың өзгеруі қолданылатын жартылай өткізгіш диод.

Тензодиод ретінде көбінесе ВАС-тың бөлек бөліктері диодтың жұмысшы аумағының деформациясына байланысты болатын туннельді диод қолданылады.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: