7. Стабисторы

Полупроводниковый стабистор работает на прямой ветви ВАХ (рис.11). Основная часть стабисторов это кремниевые диоды р-n-переходы которых сформированы в высоколегированном низкоомном кремнии. Это сделано для получения меньшего сопротивления базы и соответственно меньшего дифференциального сопротивления (при прямом смещении). Из-за большой концентрации донорных N_d и акцепторных N_a примесей толщина р-n-перехода оказывается малой и напряжение пробоя −U_пр на обратной ветви ВАХ оказывается тоже малым и, по абсолютному значению, не превышает нескольких вольт.

Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации, определяемое прямым падением напряжения на диоде, что для кремниевых стабисторов составляет порядка 0.7В.

8. Шумовые диоды

Полупроводниковый шумовой диод работает в начальном участке лавинного пробоя (рис.12), когда процесс ударной ионизации оказывается неустойчивым. В качестве генератора шума можно использовать диод в диапазоне обратных токов от I_проб.min до I_проб.max. Результатом случайной генерации новых носителей заряда при ударной ионизации являются шумы с широким спектром частот.

О сновными параметрами шумового диода являются: спектральная плотность шума при заданном токе пробоя I_проб и граничная частота равномерности спектра f_гр на которой мощность шумового сигнала уменьшается в два раза по сравнению с мощностью шумового сигнала на более низких частотах.

8. Туннельные диоды

В отличие от всех остальных полупроводниковых диодов для изготовления туннельных диодов используют вырожденные полупроводники с высокой концентрацией примесей N=10¹⁸÷10²⁰ см⁻³. Вследствие чего толщина p-n-перехода оказывается малой порядка 10⁻²мкм. Сквозь такие тонкие потенциальные барьеры возможно туннелирование носителей заряда.

ВАХ туннельного диода приведена на рис.13. На рисунке отмечены точки, для которых построены зонные диаграммы. Для упрощения рисунков на зонных диаграммах не изображены источники питания.

В диоде без внешнего смещения (точка а) происходит туннелирование электронов из n-области в p-область и обратно. Встречные потоки электронов равны, поэтому суммарный ток через диод равен нулю.

При небольшом прямом напряжении на туннельном диоде (точка б) энергия электронов в n-области увеличивается, и уровни энергии смещаются вверх. При этом происходит преимущественное туннелирование электронов из n-области в p- область, кроме того, возникает небольшой диффузионный ток электронов через понизившийся потенциальный барьер.

При прямом напряжении на диоде U_пика (точка в), когда занятые электронами уровни энергии в n-области окажутся на одной высоте со свободными энергетическими уровнями в p-область туннельный ток I_пика станет максимальным.

При дальнейшем увеличении прямого напряжения (точка г) туннельный ток будет уменьшаться, ток как из-за смещения уровней энергии уменьшится количество электронов способных туннелировать из n-области в p- область.

Туннельный ток через диод окажется равным нулю при напряжении U_{впадины} (точка д), когда для свободных электронов в n-области в p- области не окажется свободных энергетических уровней. Однако при этом через диод будет проходить прямой ток I_{впадины}, связанный с диффузией электронов через понизившийся потенциальный барьер.

Далее при увеличении прямого напряжения (точка е) прямой ток будет нарастать, как в обычных выпрямительных диодах.

При обратном напряжении на туннельном диоде (точка ж) снова возникают условия для туннелирования электронов из p-области в n-область. Возникающий при этом обратный ток будет расти по абсолютному значению с ростом по абсолютному значению обратного напряжения. Можно считать, что у туннельного диода происходит туннельный пробой при малых (по абсолютной величине) обратных напряжениях.

Таким образом, в интервале напряжений от U_пика до U_{впадины}, туннельный диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Как и всякий прибор с отрицательным дифференциальным сопротивлением туннельный диод может быть использован для генерации и усиления электромагнитных сигналов.

Основные параметры туннельных диодов:

1. Пиковый ток I_пика – ток в точке максимума ВАХ, при котором производная . Этот ток может составлять от десятых долей миллиампера до сотен миллиампер.

2. Ток впадины I_{впадины} – ток в точке минимума ВАХ при котором .

3. Отношение токов туннельного диода I_пика/ I_{впадины}. Для туннельных диодов из арсенида галлия I_пика/ I_{впадины} ≥10. для германиевых диодов I_пика/ I_{впадины} =3÷6.

4. Напряжение пика U_пика – прямое напряжение соответствующее пиковому току. Для туннельных диодов из арсенида галлия U_пика =100÷150мВ, для германиевых диодов U_пика =40÷60мВ.

5. Напряжение впадины U_{впадины} – прямое напряжение соответствующее току впадины. Для туннельных диодов из арсенида галлия U_{впадины} =400÷500мВ. для германиевых диодов U_{впадины} =250÷350мВ.

6. Напряжение раствора U_рр – прямое напряжение большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому току.

7. Удельная емкость туннельного диода С_д/I_пика – отношение емкости туннельного диода, измеренной при I_пика к пиковому току.