4.1.2. Параметры диода

При практическом использовании диодов, как правило, бывает достаточно знать лишь координаты отдельных точек, а не всю харак­теристику диода. В справочниках на диоды приводятся электрические параметры, определяемые координатами точек на прямой и обратной ветвях.

Параметры диода, характеризующие прямую ветвь (точка А, рис.4.1,б):

1. I_пр – длительно допустимый постоянный прямой ток;

2. U_a – прямое падение напряжения на диоде при постоянном прямом токе;

3. – дифференциальное сопротивление диода. Оно может быть определено из вольт-амперной характеристики по приращениям:

,

а также из теоретической характеристики (3.7):

. (4.1)

для диодов используется значительно реже, чем I_пр и U_a.

Параметры диода, характеризующие обратную ветвь (точка В):

1. U_обр.max – допустимое обратное напряжение на диоде, при котором не происходит пробоя даже в наихудших условиях. Оно задается с достаточным запасом по отношению к U_проб:

, (4.2)

где m – коэффициент запаса. В зависимости от типа диода коэффи­циент запаса находится в пределах 0,4–0,7 /4,5/.

2. I_обр – постоянный обратный ток, протекающий через диод при постоянном обратном напряжении U_обр.max.

Необходимо отметить, что приведенные выше параметры определе­ны по статической вольт-амперной характеристике, снятой при посто­янном токе. Для некоторых типов диодов набор параметров и способ их задания отличаются от приведенных, на что будет указано при рассмотрении некоторых разновидностей диодов.

4.2. Разновидности диодов. Точечные и плоскостные диоды

В настоящее время выпускается много различных типов полупро­водниковых диодов с допустимыми прямым током от единиц миллиампер до сотен ампер и обратным напряжением от десятков вольт до несколь­ких тысяч вольт. И все эти диоды выполняются на основе р-п пере­хода либо выпрямляющего контакта металл – полупроводник. Однако требования к диодам в зависимости от их назначения могут быть весь­ма различными, например, в одном случае требуется пропускать как можно больший прямой ток (сотни ампер), в другом – необходимо очень быстрое переключение при малых токах и т.д. В связи с различием требований все диоды подразделяются на следующие основные группы: выпрямительные, импульсные, обращенные диоды, диоды Шоттки, варикапы, туннельные, стабилитроны. В каждой группе могут вводиться допол­нительные параметры, уточняющие свойства диода.

Ниже рассмотрены некоторые из указанных разновидностей, исполь­зующиеся в устройствах промышленной электроники.

По способу изготовления р-п перехода диоды делятся на две большие группы – плоскостные и точечные.

Плоскостные диоды имеют плоский р-п переход с достаточно большой площадью перехода. Величиной площади перехода определяется максимальный прямой ток, который для разных диодов находится в пре­делах от десятков миллиампер до сотен ампер.

Обратные напряжения плоскостных диодов могут достигать тысячи вольт и выше. В настоящее время используется несколько методов из­готовления р-п переходов. Наиболее распространены сплавной и диффузионный методы. В качестве примера ниже приведено описание сплавного метода. Диффузионный метод будет описан в разделе "Тран­зисторы".

Рис. 4.3

Сплавной метод - один из первых и самых дешевых методов получения p-n переходов. При сплавлении каждый переход изготовляется отдельно (индивидуальный метод). На рис.4.3 в общих чертах показаны основные стадии сплавного метода. На базовую пластинку германия п-типа накладывается таблетка акцептора - индия In (см.рис.4.3,a). Затем пластинка с таблеткой помещается в вакуумную или водородную печь и нагревается до такой температуры (+500 °С), при которой таблетка индия и прилегающий к ней слой п-Gе расплавляется и образует расплав (см. рис.4.3,6). Затем нагрев выключается.

При остывании на дне капли образуется тонкий рекристаллизованный (с сохранением кристаллической структуры Ge) слой германия p-типа (см. рис.4.3,в), а на границе p- и n-областей - р-п переход. Застывший индий образует с р-областью германия невыпрямляющий контакт. К индию припаивается внешний вывод (обычно никелевая проволочка). На нижнюю часть базовой пластинки наносится слой олове (олово с п-Gе образует невыпрямляющий контакт), к которому припаивается внешний никелевый вывод. Затем полученный р-п переход с выводами помещают в герметический корпус.

Т очечные диоды имеют р-п переход в виде полусферы с очень малой площадью перехода (рис.4.4). Технология их изготовления сравнительно проста. Жесткая заостренная игла из сплава вольфрама с молибденом прижимается к базовой пластинке германия (или кремния) п-типа, помещается в корпус и герметизируется. После сборки и герметизации производится электроформовка - пропускание через прижимной контакт импульсов тока с большой амплитудой. Под действием этих импульсов под острием иглы образуется p-область (с очень малыми размерами) и р-п переход на границе с исходным полупроводником п‑типа. Точечные диоды изготовляются на сравнительно небольшие токи и обратные напряжения, но зато они дешевы и рабочие частоты их высоки.