Выполнили студенты группы Филин П.Н. Силантьев А.А. Сорокин А.Б.

Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом. Диод – это полупроводниковый прибор, пропускающий электрический ток только в одном направлении.

Условные графические обозначения полупроводниковых приборов 1 – выпрямительный и импульсный диод; 2 - стабилитрон и стабистор; 3 – симметричный стабилитрон; 4 – варикап; 5 – туннельный диод; 6 – излучающий диод; 7 – фотодиод: 8 – биполярный транзистор p-n-р-типа; 9 – биполярный транзистор n-p-n типа.

ВАХ диода При подаче на диод положительного напряжения (потенциал анода выше потенциала катода) диод находится в открытом состоянии и через него протекает прямой ток. Этому режиму соответствует прямая ветвь ВАХ от точки 0 до точки А. На прямой ветви ВАХ имеется одна характерная точка - точка А, в которой ток диода имеет значение IПР.МАКС - максимально допустимый прямой ток диода. При превышении этого тока наступает тепловой пробой P-N перехода и диод выходит из строя. При токе IПР.МАКС прямое падение напряжения на диоде составляет около (0,6-0,7) В - для кремниевых диодов и около (0,2-0,3) В - для германиевых диодов. Так как в электронных устройствах РЗ применяются почти исключительно кремниевые диоды, то дальше речь пойдет только о них. Как видно из ВАХ диода, прямое падение напряжения на диоде почти не зависит от величины прямого тока и при нормальных рабочих токах через диод составляет около (0,5-0,6) В.м

Электронно-дырочным, или p-n переходом – это контакт двух полупроводников одного вида с различными типами проводимости (электронным и дырочным).

Благодаря тепловому движению электроны диффундируют в дырочную область, а дырки – в электронную, оставляя нескопенсированные заряды. В p-области вблизи контакта после диффузии из неё дырок остаются нескомпенсированные ионизированные акцепторы (отрицательные неподвижные заряды), а в n-области нескомпенсированные ионизированные доноры (положительные неподвижные заряды). Образуется область пространственного заряда (ОПЗ), состоящая из двух разноимённо заряженных слоёв. Возникшее электрической поле препятствует дальнейшей диффузии зарядов.

Если электрическое поле внешнего источника имеет такое же направление, что и внутреннее поле p-n перехода, то наблюдается расширение запирающего слоя. Ток при этом создаётся неосновными носителями поля. Такое включение p-n перехода называется обратным.

Если внешнее электрическое поле имеет направление противоположное внутреннему полю p-n перехода, то электроны и дырки под воздействием этого поля преодолевают область p-n перехода. Происходит разрушение запирающего слоя. Такое включение p-n перехода называется прямым. Сила тока при таком включении p-n перехода значительно больше, чем при включении в обратном направлении.

Зонные диаграммы, иллюстрирующие образование p-n перехода.

Вольт-амперная характеристика идеального p-n перехода Вольт-амперная характеристика идеального p-n перехода имеет ярко выраженный несимметричный вид. В области прямых напряжений ток p-n перехода диффузионный и экспоненциально возрастает с ростом приложенного напряжения. В области отрицательных напряжений ток p-n перехода - дрейфовый и не зависит от приложенного напряжения.

Диод Шоттки (также правильно Шотки) полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо p-n перехода, как у обычных диодов). Структура детекторного Шотки диода : 1 полупроводниковая подложка; 2 эпитаксиальная плёнка; 3 контакт металл полупроводник; 4 металлическая плёнка; 5 внешний контакт.

Достоинства: В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,60,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,20,4 вольт. Столь малое прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением порядка десятков вольт, выше же падение напряжения становится сравнимым с аналогичным параметром кремниевых диодов, что ограничивает применение диодов Шоттки. В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,60,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,20,4 вольт. Столь малое прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением порядка десятков вольт, выше же падение напряжения становится сравнимым с аналогичным параметром кремниевых диодов, что ограничивает применение диодов Шоттки. Барьер Шоттки также имеет меньшую электрическую ёмкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. В силовой электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Барьер Шоттки также имеет меньшую электрическую ёмкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. В силовой электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Благодаря лучшим временны́м характеристикам и малым ёмкостям перехода выпрямители на диодах Шоттки отличаются от традиционных диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, поэтому они предпочтительны в традиционных трансформаторных блоках питания аналоговой аппаратуры. Благодаря лучшим временны́м характеристикам и малым ёмкостям перехода выпрямители на диодах Шоттки отличаются от традиционных диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, поэтому они предпочтительны в традиционных трансформаторных блоках питания аналоговой аппаратуры. Свойства диодов Шоттки

Недостатки: при кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя (КЗ короткое замыкание), в отличие от кремниевых диодов, которые переходят в режим обратного пробоя, и, при условии непревышения рассеиваемой на диоде максимальной мощности после падения напряжения, диод полностью восстанавливает свои свойства.при кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя (КЗ короткое замыкание), в отличие от кремниевых диодов, которые переходят в режим обратного пробоя, и, при условии непревышения рассеиваемой на диоде максимальной мощности после падения напряжения, диод полностью восстанавливает свои свойства. Диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. При неудовлетворительных условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу в диоде Шоттки приводит к его катастрофическому перегреву.Диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. При неудовлетворительных условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу в диоде Шоттки приводит к его катастрофическому перегреву.

Зонная диаграмма, иллюстрирующая образование барьера Шоттки

Вольт-амперная характеристика барьера Шоттки имеет ярко выраженный несимметричный вид. В области прямых смещений ток экспоненциально сильно растёт с ростом приложенного напряжения. В области обратных смещений ток от напряжения не зависит. В обеих случаях, при прямом и обратном смещении, ток в барьере Шоттки обусловлен основными носителями - электронами. Вольт-амперная характеристика барьера Шоттки

Диоды Шоттки изготовляют групповым способом на пластинах больших диаметров. Для обеспечения механической прочности пластины (во избежание поломки) толщина пластины должна быть более мкм. Однако для Диода Шоттки с рабочим напряжением до 50 В толщина активной области кристалла не должна превышать 10 мкм.