2.1.6. Диоды Шоттки

Диоды Шоттки основаны на контакте металл-полупроводник. Физические процессы, происходящие в таком контакте, подробно описаны в лекции № 6. Как ясно из описания такой контакт обладает односторонней проводимостью, а, следовательно, может быть использован в качестве диода. Одно из главных достоинств таких диодов, в отличие от диодов, использующих p-n-переход, – отсутствие инжекции неосновных носителей, т.к. контакт Шоттки работает на основных носителях, поэтому емкость диффузионная равна нулю, а барьерную емкость можно сделать очень маленькой за счет малой площади перехода. Поэтому диоды Шоттки обладают хорошими частотными и импульсными свойствами и могут работать на частотах десятки ГГц. Другим достоинством этих диодов является малые падения напряжения при прямой полярности (порядка 0,2 В, в то время как у кремниевых 0,7–0,8 В), что обеспечивает меньшие потери напряжения, мощности, а это очень важный фактор, особенно в интегральных микросхемах. Еще одна особенность диодов Шоттки заключается в том, что прямая ветвь ВАХ с абсолютной точностью в пределах нескольких декад изменения тока подчиняется экспоненциальному закону. В связи с этим на базе диодов Шоттки можно сделать прецизионные логарифмические преобразователи. К недостаткам можно отнести большой тепловой ток и высокую стоимость.

Вольтамперная характеристика имеет такой же внешний вид, как и у p-n-перехода. Параметры такие же, как у импульсных диодов. Схема включения представлена на рис. 2.20.

Диоды Шоттки применяются для выпрямления высокочастотных сигналов, для ограничения, выпрямления импульсных сигналов с крутыми фронтами. Широкое применение диоды Шоттки нашли в интегральной технологии для получения ненасыщенных ключей (ключей Шоттки) в цифровых микросхемах.

2.1.7. Варикапы

Варикапом называется полупроводниковый прибор с p-n-переходом, принцип действия которого основан на использовании паразитной барьерной емкости (лекция № 3). Как было показано, барьерная емкость p-n-перехода зависит от величины обратного напряжения и эта зависимость представлена на рис. 2.21.

Уменьшение барьерной емкости связано с тем, что при увеличении обратного напряжения увеличивается ширина обедненного слоя или глубина проникновения объемного заряда ионов донора и акцептора, что эквивалентно увеличению расстояния между пластинами плоского конденсатора, а, следовательно, и уменьшению величины емкости. Основной характеристикой является вольтфарадная характеристика (рис. 2.21).

К основным параметрам следует отнести: номинальная емкость – емкость при номинальном напряжении, максимальная и минимальная емкости, а также коэффициент перекрытия – это отношение максимальной емкости к минимальной, добротность, максимально допустимое напряжение, максимально допустимая мощность, температурный коэффициент мощности.

Варикапы нашли широкое применение как конденсаторы с управляемой емкостью в схемах автоматической подстройки частоты в радиоприемной аппаратуре, в преобразователях напряжение–частота, в схемах СВЧ как параметрические усилители и т.д. Для примера рассмотрим схему преобразования постоянного напряжения в частоту. На рис. 2.23 приведена схема генератора синусоидальных колебаний (емкостная трехточка).

Частота автоколебаний такого генератора определяется параметрами колебательного контура (L, C, C_в). При изменении U_вх будет меняться величина емкости С_в, а следовательно частота генерации. Таким образом, происходит преобразование постоянного напряжения в частоту, что позволяет в дальнейшем производит обработку входного напряжения (сигнала) с помощью цифровых устройств электроники, например, с помощью микропроцессора.