8. Диоды Шотки. Переход металл – полупроводник.

В современных полупроводниковых приборах применяются контакты между металлами и полупроводниками. Процессы в таких переходах зависят от работы выхода электронов, то есть от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела

Контакт металла (М) с полупроводником

Если в контакте металла с полупроводником n-типа (рис а) работа выхода электронов из металла Ам меньше, чем работа выхода из полупроводника, то будет преобладать выход электронов из металла. Поэтому в слое полупроводника около границы накапливаются основные носители (электроны) и этот слой становится обогащенным. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения. Такой переход не обладает выпрямляющими свойствами. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом.

Подобный же невыпрямляющий переход получается в контакте металла с полупроводником p-типа (рис б), если работа выхода электронов из полупроводника меньше чем у металла.

Иные свойства имеет переход как на рисунке в. В этом случае электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями и потому имеющая большое сопротивление. Здесь создается сравнительно высокий потенциальный барьер, высота которого будет существенно изменяться в зависимости от полярности приложенного напряжения. Такой переход обладает выпрямительными свойствами. Этот потенциальный барьер называется барьер Шотки, а полупроводниковые диоды называются диодами Шотки. В диодах Шотки отсутствуют процессы накопления и рассасывания зарядов. Поэтому диоды обладают значительно более высоким быстродействием по сравнению с обычными p-n переходами. Аналогичные выпрямляющие свойства имеет контакт металла с полупроводником p-типа при Ам < Ап.

Выражение для ВАХ:

Где , где А – коэффициент, зависящий от свойств материала;- контактная разность потенциалов;U – напряжение, приложенное к переходу металл-полупроводник

- условное обозначение диода Шотки.

9. Туннельные и обращенные диоды – смотри вопрос №7

10. Выпрямители.

Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

Однополупериодная схема выпрямления

Выпрямительные диоды всегда включаются последовательно нагрузки. Схема однополупериодного выпрямителя представлена на рисунке.

Работа выпрямителя основана на односторонней проводимости диода. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора изменяется по синусоидальному закону: U_вх=U_msin(wt).

Во время положительного полупериода диод смещается в прямом направлении, через нагрузку протекает ток. Падение напряжения на нагрузке будет практически равно напряжению вторичной обмотки трансформатора, т.к. падение напряжения на прямосмещённой диоде очень мало.во время отрицательного полупериода входного сигнала диод закрывается и через вторичную обмотку трансформатора ток не протекает. Выпрямительный ток будет создавать на нагрузочном резисторе падение напряжения, средняя величина которого равна:

Среднее значение тока, протекаемого в нагрузочном резисторе, определяется из выражения:

Разложив в ряд Фурье напряжение, получим

где первое слагаемое – постоянная составляющая выпрямленного напряжения, второе – первая гармоника выходного напряжения .

Достоинством схемы является её простота. Недостатками – большие потери в трансформаторе из-за подмагничивания постоянной составляющеё тока.

Однофазный двуполупериодный выпрямитель

Параметры выпрямителя можно улучшить, если ток в цепи нагрузки будет протекать в оба полупериода входного сигнала. Это достигается путем двух систем однополупериодного выпрямителя, которые должны работать синхронно и противофазно на общую нагрузку. Схема выпрямителя однофазного двуполупериодного со средней точкой представлена на рисунке.

Вторичная обмотка трансформатора выполняется с отводом от средней точки. Напряжение между концами вторичной обмотки и средней точкой противоположны по фазе:

Если в первый полупериод потенциал верхнего вывода обмотки трансформатора положителен, нижнего вывода относительно средней точки – отрицателен, то диод VD₁ открыт, ток протекает через нагрузку и практически всё приложено к нагрузке, диод VD₂ при этом заперт входным напряжением , а также напряжением , которое тоже оказывается отрицательным для VD₂. Во второй полупериод VD₂ открывается, а диод VD₁ закрывается. Ток через нагрузку проходит в том же направлении, что и в первый полупериод.

Диодный мост (см. выпрямительные диоды)