Физические основы работы полупроводниковых приборов, страница 11

При обратном смещении электроны туннелируют из валентной зоны p-полупроводника, где их концентрация велика, на свободные уровни зоны проводимости n-полупроводника (рис.2.9ж).  При этом туннельный ток резко возрастает с напряжением и обратная ветвь вольт-амперной характеристики идет круто вниз, т.е. туннельный диод, в отличие от выпрямительного диода, обладает высокой проводимостью при обратном включении.

Область применения туннельных диодов разнообразна. Они выполняют функции активных элементов электронных схем усилителей, генераторов, переключателей преимущественно СВЧ диапазонов.

Туннельные диоды обладают высоким быстродействием, малыми габаритными размерами и массой, надежно работают в широком интервале температур, энергоэкономичны.

Статические свойства туннельных диодов характеризуются следующими параметрами: пиковый ток I_п, ; отношением токов I_п/I_в в экстремальных точках 1 и 2 вольт-амперной характеристики; напряжением пика U_п; напряжением U_{пр макс} на восходящей ветви диффузионной части характеристики при пиковом значении тока; емкостью диода С_{д мин}, измеряемой при минимальном токе I_в и емкостью диода С_{д макс} в максимуме тока I_п; допустимый прямой ток I_{пр макс} , а также допустимый обратный ток I_{обр макс}.

К параметрам, характеризующим динамические свойства диодов, относятся: напряжение переключения U_в = U_{пр макс} – U_п, которое определяет скачок напряжения на нагрузке при работе туннельного диода в схеме переключения; отрицательное дифференциальное сопротивление r_диф= на участке 1 – 2 в точке максимума производной.

Сопоставление параметров различных типов туннельных диодов приведены в Приложении 5.

2.8 Варикапы

Варикапы – это полупроводниковые диоды с электрически управляемой барьерной емкостью перехода. Изменение емкости достигается изменением обратного напряжения. Вольт-фарадная характеристика варикапа С_б= φ(U_обр), представлена на рис. 1.9, имеет большую крутизну у несимметричных электронно-дырочных переходов, изготовленных методом вплавления примесей.

Как и в других диодах, сопротивление базы варикапа должно быть малым. Одновременно для увеличения значения пробивного напряжения желательно большое удельное сопротивление слоев базы, прилегающих к переходу. Исходя из этого основная часть базы – подложка  -  выполняется низкоомной, а слой базы, прилегающий к переходу, - высокоомным.

Варикапы широко применяют для электронной настройки резонансных систем генераторов, устройств автоподстройки, частоты, в параметрических усилителях, умножителях частоты, смесителях, в телевизионных приемниках для дистанционного переключения каналов и т.д.(рис.2.10).

Схема включения варикапа для электронной настройки

Рисунок 2.10

Варикапы характеризуются следующими основными параметрами:

общая емкость варикапа С_ном – это емкость, включающая барьерную емкость и емкость корпуса, т.е. емкость, измеренная между выводами варикапа при номинальном обратном напряжении;

коэффициент перекрытия по емкости  К_с в рабочем интервале обратных напряжений

К_с=,

где  С_макс- максимальная емкость при минимальном обратном напряжнии;

С_мин – минимальная емкость при максимальном обратном напряжении;

добротность варикапа Q.

К параметрам предельных режимов относятся максимально допустимые:

               постоянное обратное напряжение U_{обр макс} и обратный ток I_обр.

Сопоставление парамеров различных типов варикапов приведены в Приложении 6.

2.9 Светоизлучающие диоды

Полупроводниковые светоизлучающие диоды (СИД) преобразуют электрическую энергию в энергию светового (видимого)   излучения.

Принцип работы.  Инжекция носителей заряда под действием прямого напряжения в электронно-дырочном переходе сопровождается их самопроизвольной рекомбинацией. Рекомбинация происходит как в прилегающих к переходу областях, так и в самом переходе. В процессе рекомбинации электроны переходят с высоких энергетических уровней в зоне проводимости  на более низкие энергетические уровни в валентной зоне. Разность энергий, соответствующая ширине запрещенной зоны, выделяется электроном в виде фотонов тепловой энергии или фотонов лучистой энергии.