1.2. Полупроводниковые элементы.

1.2.1.Полупроводниковые диоды.

Основой работы полупродникового диода является наличие p-n перехода (рис. 1.9). Вследствие диффузии дырки из p-области внедряются в n-область, а электроны из n-области – в p-область. На переходе возникает потенциальный барьер, препятствующий дальнейшему (диффузионному) движению основных зарядов. Если приложить внешнее электрическое поле, когда напряжение на p-электроде (аноде) меньше напряжения на другом n-электроде (катоде), то этот потенциальный барьер еще более увеличится, и ток будет создаваться неосновными носителями (электронами в p-области и дырками в n-области). Этот малый по значению ток, называемый обратным, с увеличением напряжение выходит на постоянное значение I_o – обратный ток насыщения (см. рис. 1.9). Выбранную полярность внешнего поля называют обратным смещением p-n перехода.

В противоположной полярности внешнего электрического поля (прямое смещение перехода) потенциальный барьер уменьшается и с ростом напряжения может даже исчезнуть. Прямой ток в этом случае существенно больше обратного, так как создается уже основными носителями p и n –областей перехода.

Выпрямительные свойства у полупроводникового диода хуже, чем у лампового диода из-за существования обратного тока. Кроме этого, полупроводниковые диоды обладают, как правило, большей собственной емкостью, что не позволяет их использовать в области высоких частот. Отметим, что ВАХ диода сильно зависит от температуры, с ростом которой увеличивается как прямой, так и обратный ток.

Рис.1.9. ВАХ полупроводникового диода. I_o – обратный ток насыщения. Показано обозначение диода и прямое смещение p-n перехода.

Существуют различные модификации полупроводниковых диодов в связи с их техническими приложениями. Наличие значительной барьерной емкости, зависящей от приложенного напряжения, у некоторого класса диодов, называемых варикапами, используется в параметрических емкостных схемах (параметрические усилители, параметроны и т.п.).

Рост обратного напряжения для классического диода, в конце концов, приводит к его пробою (полевому или лавинному) с выходом из строя. Для специально конструированных планарных диодов, называемых стабилитронами, этот участок лавинного пробоя с резким возрастанием тока за счет лавинного рождения электронно-дырочных пар, слабо зависящим от обратного напряжения, является рабочим и используется в схемах стабилизации токов и напряжений (рис. 1.10).

Рис. 1.10. ВАХ стабилитрона. Реверсивной стрелкой показан рабочий участок ВАХ.

Наконец отметим полупроводниковый диод, обладающий подобно тетроду ВАХ с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС) (рис.1.11), называемый туннельным. Его работа основана на квантовом туннельном эффекте, при котором вследствие малой толщины p-n перехода, что обеспечивается большой концентрацией примесей, возможно прохождение носителей заряда с энергией меньшей потенциального барьера перехода. Но с увеличением прямого напряжения барьер снижается, туннельный эффект пропадает, ток сначала уменьшается, а затем растет как в обычном диоде. Главное преимущество туннельного диода по сравнению с электронными лампами состоит в их быстродействии, так как туннельный (квантовомеханический) перенос электронов происходит со скоростью, близкой к скорости света.

Рис.1.11. ВАХ туннельного диода.