Розділ 2 НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ

Тема 2.1. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ДІОДИ

План

1.Класифікація і умовні позначення напівпровідникових діодів.

2.Конструкція напівпровідникових діодів.

3.Вольтамперна характеристика і основні параметри напівпровідникових діодів.

4.Випрямляючі діоди.

5.Стабілітрони.

6.Варікапи.

7.Світлодіоди.

8.Фотодіоди.

9.Високочастотні діоди.

10.Імпульсні діоди. Діоди Шотткі.

11.Тунельні діоди.

1. Класифікація і умовні позначення напівпровідникових діодів.

Напівпровідниковим діодом називається пристрій, що складається із кристала напівпровідника, що містить один p-n перехід і має два виводи.

Класифікація діодів здійснюється за наступними ознаками:

1)За конструкцією: площинні діоди, точкові діоди, мікросплавні діоди;

2)За потужністю: малопотужні, середньої потужності, потужні;

3)За частотою: низькочастотні, високочастотні, НВЧ;

4)За функціональним призначенням: випрямляючі діоди; імпульсні діоди; стабілітрони; варикапи; світлодіоди, фотодіоди, тунельні діоди.

Відповідно до діючої системи маркування напівпровідникові діоди позначають чотирма елементами. Першим елементом (буквою або цифрою) позначають вихі-

дний матеріал Г або 1 – германій; К або 2 – кремній; А або 3 – арсенід галію. Поз-
при	.	70
начення, що починаються з цифри, мають прилади, які можуть працювати при пі-
	120		, а кремнієві
двищених температурах; наприклад, германієві прилади при

Другим елементом (буквою) позначають тип напівпровідникового діода:

Д – випрямляючі, універсальні, імпульсні діоди; Ц – випрямляючі стовпи і блоки; А – надвисокочастотні діоди; С – стабілітрони; И – тунельні діоди; В – варикапи; Ф – фотодіоди; Л – світло діоди.

Третій елемент – число, що вказує на призначення та електричні властивості діода:

а) діоди низької частоти: випрямляючі – від 101 до 399; універсальні – від 401 до 499; імпульсні – від 501 до 599; варикапи – від 101 до 999;

б) надвисокочастотні діоди – від 101 до 699; фотодіоди – від 101 до 199; в) тунельні діоди: підсилювальні – від 101 до 199; генераторні – від 201 до

299; перемикаючі – від 301 до 399;

Н.М. Щупляк. Основи електроніки і мікроелектроніки.
http://dmtc.org.ua/	66

г) стабілітрони – від 101 до 999.

Четвертим елементом (буквою) позначають різновиди типів з даної групи приладів. Для напівпровідникових діодів, які не мають різновидів типу, четвертого елемента немає.

Приклади маркування:

КС156А – кремнієвий стабілітрон, різновидність типу А; 2Д503Б – кремнієвий імпульсний діод, різновидність типу Б; 1И302В – германієвий тунельний діод, різновидність типу Г.

Умовне графічне позначення діодів (УГП) на принципових електричних схемах

(рис.1):

Рис.1. УГП напівпровідникових діодів:

а) випрямляючі, високочастотні, НВЧ, імпульсні й діоди Гана; б) стабілітрони; в) варикапи; г) тунельні діоди;

д) діоди Шотткі; е) світлодіоди; ж) фотодіоди;

з) випрямляючі блоки.

2. Конструкція напівпровідникових діодів. Основою площинних і точкових ді-

одів є кристал напівпровідника n-типу провідності, що називається базою діода. База припаюється до металевої пластинки, що називається кристалотримачем. Для площинного діода на базу накладається матеріал акцепторної домішки і у вакуумній печі при високій температурі (500 °С) відбувається дифузія акцепторної домішки в базу діода, в результаті чого утвориться область p-типу провідності й p- n перехід великої площини (звідси назва).

Вивід від p-області називається анодом, а вивід від n-області - катодом (див.рис.2.)

Н.М. Щупляк. Основи електроніки і мікроелектроніки.
http://dmtc.org.ua/	67

Рис.2. Конструкція площинного діода

Більша площина p-n переходу площинних діодів дозволяє їм працювати при більших прямих струмах, але за рахунок великої бар'єрної ємності вони будуть низькочастотними.

Точкові діоди.

Рис.3. Конструкція точкового діода

До бази точкового діода підводять вольфрамовий дріт, легований атомами акцепторної домішки, і через нього пропускають імпульси струму силою до 1А. У точці розігріву атоми акцепторної домішки переходять у базу, формуючи p-область (див.рис.3).

Виходить p-n перехід дуже малої площі. За рахунок цього точкові діоди будуть високочастотними, але можуть працювати лише на малих прямих струмах (десятки міліампер).

Мікросплавні діоди.

Їх одержують шляхом сплавки мікрокристалів напівпровідників p- і n- типу провідності. За своїм характером мікросплавні діоди будуть площинні, а по своїх параметрах - точкові.

Н.М. Щупляк. Основи електроніки і мікроелектроніки.
http://dmtc.org.ua/	68

3. Вольтамперна характеристика і основні параметри напівпровідникових діодів.

Рис.4. Вольтамперна характеристика (ВАХ) реального діода

Вольтамперна характеристика (ВАХ) реального діода (рис.4) проходить нижче, ніж в ідеального p-n переходу: має місце вплив опору бази. Після точки А вольтамперна характеристика буде представляти собою пряму лінію, тому що при напрузі Uа потенціальний бар'єр повністю компенсується зовнішнім полем. Крива зворотного струму ВАХ має нахил, тому що за рахунок зростання зворотної напруги збільшується генерація власних носіїв заряду.

Рис.5.ВАХ напівпровідникових діодів

Основні параметри діодів:

·Пряме падіння напруги на діоді при максимальному прямому струмові

Unp.max.

·Максимально допустима зворотна напруга Uзв.mах = (2/3 ÷ 3/4) Ueл. проб.

Н.М. Щупляк. Основи електроніки і мікроелектроніки.
http://dmtc.org.ua/	69