Основы радиоэлектроники: Лабораторный практикум. Часть 1, страница 9

-  изучение характеристик и параметров полупроводниковых диодов, полупроводниковых стабилитронов, тиристоров.

1  Сведения из теории

1.1  Диоды, р-n – переход

Понятие «диод» объединяет широкий круг приборов различного назначения с разными принципами действия. В начале XX в. появился электровакуумный диод - электронная лампа с двумя электродами: подогреваемым катодом и холодным анодом (рисунок 1). Такой диод пропускает ток только в одном направлении, так как носителями тока в вакууме являются испускаемые раскаленным заряд в области р-n-переходакатодом электроны. Вакуумный диод в настоящее время повсеместно вытеснен полупроводниковыми диодами и применяется лишь в высоковольтных выпрямителях (рентгеновские установки, источники напряжения для телевизионных трубок) и при некоторых физических измерениях, требующих полного отсутствия обратного тока.

Рисунок 1- Обозначение (а) и                 Рисунок 2- Пространственный заряд в вольт-амперная характеристика (б)области p-n-перехода вакуумного диода

Электронно-дырочный, или р-n-переход - это область полупроводников, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости от электронной (n) к дырочной (р). В n-области основными подвижными носителями электрического заряда являются электроны, в р-области - дырки. Находящиеся вблизи р-n-перехода подвижные носители заряда диффундируют в область с проводимостью, обусловленной носителями противоположного знака, и взаимно рекомбинируют. В результате у р-n-перехода образуется обедненный свободными носителями двойной слой пространственного заряда (рисунок 2). В р-области этот слой создается оставшимися после рекомбинации свободных носителей связанными с кристаллической решеткой отрицательными ионами акцепторной примеси, в n-области - положительными ионами донорной, и его электрическое поле противодействует дальнейшей диффузии. Разность потенциалов между р и n областями, или потенциальный барьер, составляет десятые доли вольта.

В полупроводниках постоянно образуются и рекомбинируют тепловые электронно-дырочные пары, создавая некоторое количество неосновных носителей (электронов в р-области и дырок в n-области). Находящиеся вблизи р-n-перехода неосновные носители, прежде чем успеют рекомбинировать с основными, могут попасть в поле потенциального барьера и служить причиной дрейфового тока. При отсутствии внешних воздействий этот ток постоянно компенсируется диффузионным током основных носителей: устанавливается динамическое равновесие.

Рисунок 3 - Вольтамперная характеристика р - n-перехода

Если к р-области приложить отрицательный относительно n-области потенциал (обратное смещение), то его поле будет направлено по полю потенциального барьера. С увеличением напряжения обратного смещения диффузионный ток основных носителей убывает и далее совсем прекращается, а дрейфовый ток неосновных носителей (обратный ток) возрастает, быстро достигая насыщения (рисунок 3). Обратный ток ограничивается интенсивностью образования электронно-дырочных пар, поэтому он сильно зависит от температуры перехода.

Если к р-области приложить положительный относительно n-области потенциал (прямое смещение), то его поле будет направлено против поля потенциального барьера. С увеличением напряжения прямого смещения потенциальный барьер снижается и далее исчезает, а диффузия, подвижных носителей заряда через р-n-переход возрастает. Пересекающие переход носители становятся неосновными и рекомбинируют с основными носителями области, в которую они диффундировали. Пополнение рекомбинировавших основных носителей обеспечивается притоком их из внешней цепи - через р-n-переход протекает прямой ток. Этот ток называют диффузионным, так как он поддерживается за счет диффузии подвижных носителей заряда через р-n-переход.

На основе р-n-переходов изготавливают выпрямительные и импульсные диоды, стабилитроны, диоды СВЧ, фотодиоды, светоизлучающие диоды, полупроводниковые квантовые генераторы.