P-n перехід та його застосування в техніці” Виконав Студент ІІ-го курсу 204 групи ІТФ Романюк Богдан Володимирович Керівник Крамар Валерій Максимович Чернівці, 2008р

Скачати 0.74 Mb.

Назва	P-n перехід та його застосування в техніці” Виконав Студент ІІ-го курсу 204 групи ІТФ Романюк Богдан Володимирович Керівник Крамар Валерій Максимович Чернівці, 2008р
Сторінка	2/8
Дата	09.04.2013
Розмір	0.74 Mb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

1 2 3 4 5 6 7 8

Якщо цей струм не обмежувати, то виникає пробій переходу. По ДОСТ - 15133-77 під пробоєм р-n- переходу розуміється різке збільшення зворотного струму переходу при досягненні зворотною напругою певного критичного значення (рис. 4.4).

Розглядають чотири різновиди пробою: тунельний, лавинний, тепловий та поверхневий. Два перших різновиди пов’язані з наявністю електричного поля та мають загальну назву електричного пробою; третя обумовлена ростом розсіювачої переходом потужності; четверта з поверхневим зарядом.

Під дією електричного поля великої напруженості енергетичні зони в напівпровіднику витримують сильний уклін, заборонена зона ніби звужується, в результаті чого зростає ймовірність тунельного переходу електронів із валентної зони в зону провідності. По ДОСТ – 15133-77 тунельним пробоєм електронно-діркового переходу називається електричний пробій, визваний квантово-механічним тунельним переносом носіїв заряду через заборонену зону напівпровідника без зміни їх енергії. Тунельний пробій може настати в германієвому переході при напруженостях поля 3*105 В/см. Напруга тунельного пробою пропорційно питомому опору бази та залежить від типу провідності. В зв’язку з цим переходи, витримуючи великі зворотні напруги, потрібно виготовляти з можливо більше високоомної бази n-типу.

Лавинний пробій р-n- переходу виникає при менших значеннях напруги поля в результаті ударної іонізації нейтральних атомів швидкими носіями заряду (а- крива рис. 4.4). В полі переходу неосновні носії отримують енергію, достотною для іонізації. Виникають додаткові парні заряди, збільшуючи струм через перехід. Цей процес аналогічний ударної іонізації в газі. Лавинний пробій виникає в порівняно широких переходах (на високоомному матеріалі). В дуже вузьких переходах (на низькоомному матеріалі) носії за час дрейфу не встигають набрати необхідну енергію навіть при дуже високих напругах. Різку границю між розглянутими різновидами пробою провести тяжко. Потрібно відмітити, що в будь-якому випадку для забезпечення високої пробивної напруги р-n- переходу потрібно виготовляти на основі дуже чистих напівпровідників.

Тепловий пробій р-n- переходу (крива „б” на рис. 4,4) може виникати при низьких напругах електричного поля, коли відведене від переходу в одиницю часу тепло менше виділеного в ньому тепла при протіканні більшого зворотного струму. Під дією теплового збудження валентні електрони переходять в зону провідності та ще й більше збільшують струм переходу. Такий зв’язок може привести до лавино подіьного збільшення стуму та пробою переходу.

Поверхневим пробоєм р-n-переходу називається пробій переходу, який виникає в місті виходу переходу на поверхню кристала та на пробивну напругу якого впливає поверхневий стан.

Розподіл напруги електричного поля в р-n-переході може вагомо змінити заряди, що знаходиться на поверхні напівпровідника.

Поверхневий заряд призводить до зменшення або збільшення товщини переходу. В результаті цього на поверхні переходу може утворитися пробій при напруженості поля, значно меншій тій, яка необхідна для виникнення пробою в об’ємі. Це явище носить назву поверхневого пробою. Для зниження ймовірності поверхневого пробою необхідно примінити захисні покриття з високою діелектричною постійною.

ЄМНОСТІ p-n-ПЕРЕХОДУ

БАР’ЄРНА ЄМНІСТЬ ПРЕХОДУ

Просторовий заряд р-n-переходу змінює свою величину при зміні прикладеної до поверхні напруги.

Тому, плоский електрично-дірковий перехід можливо розглянути як систему з двох провідних площин, заряди яких числено рівні, протилежні по знаку та розділені середовищем з властивостями, наближеними до діелектрика, тобто як плоский конденсатор. Бар’єрна (або зарядна) ємність переходу визначаються відношенням зміни просторового заряду переходу ∆Qn до викликавшої його зміни напруги ∆U:

(4.4)

Величину бар’єрної ємності можна розрахувати по формулі плоского конденсатора С=εε₀ּS/l

(4.5)
Бар’єрна ємність залежить від питомого опору та рухомості носіїв, від товщини та площі переходу та напруги на ньому. Чим більший питомий опір та рухомість носіїв, тим менша ємність переходу. Збільшення зворотної напруги розширює область просторового заряду та призводить до зменшення бар’єрної ємності.

При прямому зміщенні товщина переходу зменшується, а ємність зростає. Бар’єрна ємність використовується в варикапах (або параметричних діодах), представляючих собою напівпровідниковий діод, застосованій в якості конденсаторів перемінної ємності. Бар’єрна ємність має високу добротність, малий температурний коефіцієнт, низький рівень шумів та не залежить від частоти до міліметрового діапазону.

ДИФУЗІЙНА ЄМНІСТЬ ПЕРЕХОДУ

Прикладена до переходу пряма напруга приводить до росту струму та збільшенню концентрації неврівноважених носіїв – дірок в базовій області. Це явище схоже з процесами в конденсаторі, зміна зарядів на обкладках якого пропорційно зміні величини напруги. Ємність, визначена відношенням зміни величини інжектовного заряду в базі до зміни прикладеної напруги, називається дифузійною ємністю:

(4.6)
При прямих напругах бар’єрна ємність менша дифузійної. При зворотних напругах, перевищуючих десяті частини вольт, дифузійна ємність практично рівна нулю, та потрібно врахувати лише бар’єрну ємність переходу.

МЕТОДИ ФОРМУЛЮВАННЯ ТА КЛАСИФІКАЦІЯ

ЕЛЕКТРОННО-ДІРКОВИХ ПЕРЕХОДІВ
Серед різних методів формування р-n- переходів найбільше значення мають два: метод вплавлення та метод дифузії домішок. Електронно – дірковий перехід, отриманий методом вплавлення в напівпровідник (з наступною рекристалізацією напівпровідника) метала або сплаву, що містять донорні чи акцепторні домішки, називають сплавним переходом, а перехід, отриманий в результаті дифузії домішок в напівпровідниках, - дифузійним.

При виплавлені в напівпровідник метала або сплаву рис. 4,5, що містить донорні чи акцепторні домішки, напівпровідник з навіскою вплавленого матеріалу нагрівають до розплавленя навіски, в результаті частина кристала напівпровідника розчиняється в розплаві навіски.

При наступному охолодженні проходить рекристалізація напівпровідникового кристала з домішкою вплавленого матеріалу. Якщо кристалізований шар вийшов з другим типом електропровідності порівняно з електропровідністю вихідного напівпровідника, то на границі їх поділу виникає р-n- перехід.

Рис 4.5. Технологічні стадії вплавлення домішок в монокристал напівпровідника: а- навіска вплавленого матеріалу 1, що містить донорні домішок; б- розплав матеріалу навіски 3; в – надлишковий шар матеріалу навіски 4 на поверхні рекристалізованого напівпровідника 5 після охолодження.

При створенні дифузійного р-n- переходу рис 4.6 використовують дифузію в напівпровідник домішок, що знаходиться в газоподібній, рідкій чи твердій фазі. Дифузійні р-n- переходи в свою чергу можуть бути декількох різновидів. Так, дифузійний перехід, утворений в результаті дифузії домішок через отвір в захисному шарі, нанесеному на поверхню напівпровідника, називається планарним р-n-переходом.
Рис.4.6. Види p-n- переходів: а – дифузійний p-n- перехід; б – розподіл домішок після дифузії донорів; в – планарний p-n- перехід.
Дифузійний р-n-перехід, утворений в результуючий дифузії домішок з напівпровідника в серединну область, яка може бути металом або напівпровідником, називають конверсійним р-n-переходом. Так, наприклад, для конверсійного р-n-переходу в германієвому монокристалі використовують германій, що містить два типи домішок – донорну та акцепторну (мідь). Концентрація міді в германії повинна бути більше концентрації донорної домішки, тобто вихідний германій має електропровідність р- типу. В нього проводять вплавлення навіски металу або сплаву. Мідь, відрізняючись високим коефіцієнтом дифузії в германії, при вплавленні дифундує із германію в навіску. В результаті із шару германію, примкненого до навіски, виділяється акцепторна домішка міді, змінюється тип електропровідності цього шару, тобто проходить конверсія.

Крім основних методів формування р-n-переходів (вплавлення та дифузії домішок) треба відмітити метод епітаксиального нарощування. Принцип епітаксіального нарощування полягає в тому, що яке-небудь хімічне з’єднання напівпровідникового елементу, що розміщене біля поверхні напівпровідника, утворює на ньому шар, структура якого являється продовженням монокристалічної структури східного напівпровідника – підкладки. Можливо отримати епітаксіальний шар з іншим типом електропровідності, тобто створити р-n- перехід.
По характеру розподілу концентрацій домішок розпізнають різкі та плавні р-n- переходи ДОСТ – 15133-77 – Прилади напівпровідникові. Терміни визначення .

Перехід, в якому товщина області зміни концентрації домішок значно менша товщини р-n-переходу, називають різким р-n- переходом.

КОНТАКТ МЕТАЛ-НАПІВПРОВІДНИК.
В контактних явищах метал – напівпровідник основну роль грає різність робіт виходу металу Аm та напівпровідника Аn.

Омічні контакти. Контакти, що не знаходять в певних обмеженнях струмів та напругах відхилень від закону Ома, називаються омічними.

Різкий р-n- перехід отримують методом вплавлення домішок.

Перехід, в якому товщина області зміни концентрації домішок порівняна або більша товщини р-n- переходу, називається плавним р-n- переходом. Плавний перехід отримують методом дифузії домішок.

Перехід між однотипними напівпровідниками в будь-якому напівпровіднику з неоднорідною концентрацією домішок. Можливий дірково-дірковий (р-р⁺), які утворюються між двома областями напівпровідника одного типу, але різної по розмірам питомої провідності. Знак „+” умовно означає область з більш високою електропровідністю. Характерною особливістю цих переходів являється відсутність інжекції неосновних носіїв та відсутність випрямляючих властивостей.

НАПІВПРОВІДНИКОВІ ДІОДИ
Напівпровідниковим діодом називається електроперетворювальний напівпровідниковий прилад з p-n-переходом, який має два виходи. За областю застосування і своєму призначенню напівпровідникові діоди поділяються на: випрямляючі, високочастотні, імпульсні, напівпровідникові стабілітрони, тунельні, чотирьохшарові, фото діоди, світло діоди.
СТАТИЧНІ ПАРАМЕТРИ
Основними параметрами являються: Rд опір постійного струму, внутрішній опір змінного струму R_диф і ємності діода С_бар і С_диф.
Опір постійного струму визначається, як відношення напруги до струму в даній точці вольт амперної характеристики

Внаслідок несиметричної провідності діода опір в періодичному напрямі.

r_пр= 100...300 Ом, а r_зв= 10...3000 кОм.
Внутрішній чи диференціальний опір r_диф визначається, як відношення нескінченно малого приросту напруги до викликаним його безкінечно малому прирощенню струму r_диф=dU/dI [Ом].

Диференціальний опір залежить від струму чи прикладеної до діода напруги. При U<0 опір r_диф великий від десятків кОм до сотень МОм.

Для реальних діодів r_диф при прямій напрузі можна наближено обчислити за формулою:

До основних параметрів слід також відняти бар’єрну С_бар і дифузійну ємності діода С_диф
Еквівалентна схема діода представлена на рис. 5.1., де rб – опір базової області, який у реальних діодів має величину від одного до тридцяти Ом.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ДІОДИ

За способом виникнення р-n- переходу напівпровідникові діоди поділяються на:
1. точкові;

2.площинні сплавні та інші.
За застосованими матеріалами розрізняють:
1. діоди з простих напівпровідників (монокристали) германія та кремнію;

2 діоди з напівпровідникових сполук арсеніду галію, антимоніду індію та інші;

3. полікристалічні діоди – селенові, мідно закисні, титанові та інші.
Точковим називається діод, що має точковий р-n-перехід.

Точкові діоди виготовлюються на основі германія чи силіцію з електронною провідністю. До кристалу приварюють (рис. 5.2.) загострений провідник діод, в момент зварювання під дротовим електродом виникає область з дірковою провідністю. Для цього контактний вольфрамовий дріт вкривають індієм (для германієвого діода), чи алюмінієм (для кремнієвих).

Площинним називається напівпровідниковий діод, що має плоский перехід. Площинні сплавні діоди отримують шляхом сплавлення електронного напівпровідника з речовиною, що служить для нього акцептором, чи діркового з донором. До тонкої пластини германія n- типа припаюють краплю індію в умовах глибокого вакууму чи в інертній атмосфері. (Рис. 5.3).

К обом поверхням отриманого таким чином сплаву підводять струмові виводи, причому так підбирають матеріал виводів і підкладку (підкладка служить для кращого з’єднання матеріалу виводів з кристалами), для того щоб контактна різність потенціалів була мінімальна.

Перехід, утворений в результаті дифузії домішок в напівпровіднику, називається дифузійним.

При виготовленні германієвих дифузійних р-n- переходів в якості вхідного матеріалу використовується кристал р- типа товщина 0,1 – 0,2мм, а в якості донору – сурма (рис. 5.4). Дифузія здійснюється в водневій печі. Кристал нагрівають до температури, близько температурі плавлення. Атоми донорів сурми напиляються із газової фази на кристал і дифундують в глиб нього. На поверхні кристалу утворюються тонкий шар германію газової фази на кристал і дифундують в глиб нього. На поверхні кристалу утворюються тонкий слій германія з електропровідністю n- типа. При наступному травленні цей слій залишається тільки на одній з граней базового кристалу. Метод дифузії дозволяє точно контролювати розміщення р-n-переходу в кристалі і концентрацію домішок. Цей метод забезпечує однорідність параметрів виготовлених переходів і являється доже перспективним для отримання потужних діодів. При виготовленні кремнієвих переходів використовують кристал кремнію n-типа, а в якості дифузанта використовується бор. При дифузійному методі концентрація домішок в n- шарі зменшується від поверхні в глиб кристалу по закону, близькому до експоненціального. При цьому утворюється плавний р-n- перехід. Роль емітера грає високолегований дифузійний шар. Конструктивно випрямляючий діод оформляються в металевому германієвому зварювальному корпусі -1 з скляними ізоляторами -2 і гнучким ізоляторами -2 і гнучкими виводами -3 (Рис. 2.7.). Для покращення тепловідводу кристалу германія -4 припаюється оловом безпосередньо до корпусу, який являється тримачем кристалу і одночасно служить одним з електродів. Добрий тепловий контакт діода з корпусом чи з спеціальним радіатором знижує температуру переходу і дозволяє в кілька раз збільшити розсіяну потужність і робочий струм. Промисловість випускає також кремнієві стовпи з послідовно з’єднаних, спеціально підібраних кремнієвих елементів і кремнієві випрямляючі блоки, призначені для використання в якості випрямляча в радіоелектронний апаратурі.

ВИПРЯМЛЯЮЧІ ДІОДИ
По ДОСТ 15133-77 випрямляючі діоди – це діоди, призначені для перетворювання прямого струму в випрямлений (пульсуючий). Як правило, це низькочастотні діоди на основі монокристалів (германію чи кремнію) чи полікристалів (селену, окису міді і т.д.).

Розрізняють випрямляючі діоди малої потужності (прямий струм Icр < 300 МА) середньої (Іср 10 А) і великої потужності (Іср > 10А). Високочастотніі випрямляючі діоди призначені для детектування сигналів до сотень МГц. Це точкові діоди.

Придатність випрямляючих діодів до використання характеризується електричними параметрами, відповідними номінальному та граничному режимам роботи діоду.

Номінальним називається робочий режим, що встановлений стандартом чи технічними умовами.

Електричними параметрами діодів являються: прямий струм Іпр., випрямляючий струм Іср. (величина середнього за період струму через діод в однопанівнодіодній схемі випрямляча з активною напругою), обернений струм Ізв., пряма напруга Uпр, випрямлена напруга Uср, зворотна напруга Uзв, ємність між виводами діода при оберненій напрузі.

До параметрів граничного режиму роботи діода, при яких забезпечується задана надійність при тривалій роботі відносяться: найбільша обернена напруга Uобр. max, найбільшій випрямлений струм Іср. min, гранична частота випрямлення Fд, найбільша температура корпуса tк. max обернена пробивна напруга Uпроб .

Германієві випрямні діоди в деякій кількості являються сплавними (індій + Ge n-типу) чи дифузійними (Ge – p-типу + сурма)

Діапазон робочих температур -60С до +70С. Падіння напруги на германієвому діоді при протіканні через нього номінального струму 0,3 – 0,5В менше, ніж на кремнієвому (0,8 -1,5В); Uзв ≤ 400В

МАРКУВАННЯ
По ОСТ 11 336.919-81 прийнята слідуюча система визначень напівпровідникових діодів.

Перший елемент – буква або цифра, що визначає початковий матеріал, із якого виготовлений прилад. В діодах для апаратури широкого застосування
германій чи сполуки германія – Г;
кремній – “--------------“--------------“-----------“ - К;
сполуки галію - А ;
сполуки індію - И;
для діодів спеціального застосування відповідно:
1,2,3,4.
Другий елемент позначення – буква, що визначає підклас (чи група приладів). Для діоді випрямних, імпульсних діодних перетворювань (магніто-діоди, термодіоди і др..) – Д; випрямні стовпи і блоки – Ц.
Третій елемент позначення – цифра, що визначає призначення (параметри чи принцип дії діода).

Для випрямляючих діодів: з середнім значенням прямого струму не більше Іср < 0,3А -1 та 0,3А</0>

1 2 3 4 5 6 7 8

Схожі:

Характеристика групи №46 У 46 групі навчається 25 учень, всі хлопці. Вік дітей 15-17 років. Класний керівник Моргун Роман Володимирович	Конспект з філософії Виконав: студент групи ЗІК-01 Гуськов П. А. Київ-2011 ...
1. Загальна характеристика Якщо студент постійно відвідував заняття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...	1. Загальна характеристика Якщо студент постійно відвідував занаття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...
Методические указания по развитию навыков чтения и устной речи по... Якщо студент постійно відвідував заняття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...	Курсової роботи обирається за порядковим номером із переліку робіт... Цивільного та сімейного права України або пов’язана з його професійною діяльності. Самовільна зміна теми курсової роботи без дозволу...
Тема: "Раціоналізм або емпіризм" Виконав студент 12ПМ Шрамко Євген... Введення	СКЛАД Валерій Володимирович заступник міського голови, заступник голови конкурсної комісії
Максим Максимович – «маленька людина» з великою душею. (Роман М.... ...	Вибір варіанту здійснюється від позиції прізвища виконавця в списку... Поняття населення держави і його склад. Громадянство і його значення в сучасних міжнародних відносинах

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання