Вопрос 11

Рис 20 эквивалентная схема p-n перехода

- емкость перехода; - сопротивление (прямое или обратное) перехода;- объемное сопротивление областей, примыкающих к обеим сторонам объединенного слоя

В p-n переходе есть Rо – сопротивление постоянному току, и Rдиф – сопротивление переменному току

Дифференцирование уравнения (1) с учетом формулы (2) дает простое соотношение для расчета дифференциального сопротивления в заданной точке ВАХ:

Вопрос 12

Ток или напряжение, подводимые к p-n переходу, могут изменяться во времени по величине или по знаку через очень короткие интервалы времени. В реальном p-n переходе эти изменения не могут произойти мгновенно из-за инерционности процессов перезаряда емкости p-n перехода. Поэтому стационарное значение тока или напряжения устанавливается в течение некоторого промежутка времени. Переходные процессы сильно зависят от числа инжекторов носителей. Если уровень инжекции невелик, то основное влияние на время установления (tуст) сопротивления прямо включенного перехода и время восстановления сопротивления (tвосст) обратно включенного перехода оказывает процесс перезаряда барьерной емкости перехода

При высоких уровнях инжекции накопление и рассеивание инжектированных носителей определяет время переключения p-n перехода

рис 21 переходные процессы в реальном p-n переходе

время установления сопротивления прямо включенного перехода определяется инжекцией носителей по обе стороны объединенного слоя и их диффузионным перемещением в области проводника, примыкающие к этому слою, уменьшающих объемное сопротивление областей до стационарного значения.

Коммутация p-n перехода из прямо включенного в обратно включенное состояние сопровождается резким увеличением обратного тока за счет интенсивного рассеивания неравновесных носителей в объединенном слое p-n перехода с последующим экспоненциальным уменьшением этого тока до стационарного значения теплового тока Io. Время восстановления определяется по формуле:

Плотность заряда переключения определяется концентрацией инжектированных носителей в области полупроводника и геометрией всей полупроводниковой структуры.

Для плоскопараллельной конструкции:

Где - плотность тока переключения;q – заряд электрона; - неравновесные концентрации неосновных носителей инжектированных соответственно вp и n области; W – протяженность всей полупроводниковой структуры, расположенной между внешними электродами; - скорость рассеивания носителей, определяемая процессами дрейфа носителей через переход и из рекомбинацией

С учетом (13), (14), (15) соотношение (12) примет вид:

Для уменьшения tвосст необходимо уменьшить объем полупроводниковой структуры и увеличивать скорость рекомбинации неравновесных носителей. Последнее достигается созданием ловушечных центров рекомбинации, возникающих при введении в исследуемый материал нейтральных примесей (чаще всего золота)

Вопрос 13

полупроводниковым диодом называют прибор с одним или несколькими элект. переходами и двумя внешними выводами. Диоды классифицируются по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическими особенностями, виду исходного полупроводника.

По назначению различают следующие виды диодов: выпрямительные, детекторные, смесительные, модуляторные, умножительные, универсальные.

Существуют и другие классификационные признаки:

1. по частоте (высокочастотные, диоды, диоды СВЧ)

2. для работы в импульсном режиме (импульсные)

3. по виду ВАХ (диоды с N-образной или S-образной характеристикой, или диоды с отрицательным сопротивлением)

В зависимости от соотношения между шириной объединенного слоя перехода и периметром, диоды подразделяются на: точечные, микросплавные и плоскостные.

Одним из распространенных способов получения p-n перехода является вплавление. Очень широко используется вплавление индия, являющегося акцептором для германия; алюминия в кристалл кремния n-типа; вплавление фосфора или сурьмы в кремний p-типа

Рис 22 методы получения p-n переходов

а) сплавной; б) мезаструктура; в) точечный; г) планарный

электронно-дырочный переход можно получить, осуществляя диффузию примеси в исходную пластину полупроводника p- или n-типа. Уменьшение емкости p-n перехода осуществляется химическим путем: стравливается часть кристалла с одной стороны и получается мезаструктура. Малую емкость p-n перехода имеют также точечные диоды. Для изготовления такого перехода, электролитически заостренная металлическая игла приваривается к кристаллу полупроводника импульсом тока до 1А (метод формовки). Современным методом создания полупроводниковых приборов из кремния является планарная технология, основу которой составляет метод фотолитографии

рис 23 последовательность операций планарной технологии

а) окисление, нанесение фоторезиста; б) засвечивание; в) вскрытие окон; г) локальная диффузия

на исходной пластине кремния n-типа получают пленку окисла, которую затем покрывают слоем светочувствительного вещества (фоторезистом), после чего поверхность через фотошаблон засвечивают УФ светом. Затем слой фоторезиста проявляется с помощью проявителей, при этом облучении участки фоторезиста задубливаются и переходят в нерастворимое состояние, а необлученные участки растворяются. Далее осуществляется травление пленки окисла и получается окно для диффузии примеси. После этого спец составом удаляют слой фоторезиста; через образовавшееся окно проводят локальную диффузию примеси в исходную пластинку примеси и получают p-n переход.