Поскольку одно из важных применений p-i-n-диодов заключается в использовании их в СВЧ-переключателях, необходимо рассмотреть поведение диода во время переключения. Сначала рассмотрим поведение диода при обратном напряжении смещения в момент, когда прикладывается напряжение прямого смещения. В этом случае, при предположении что i-слой полностью свободен от подвижных носителей, обедненная область изчезает почти мгновенно. Сразу же начинается инжекция носителей. Она длиться в течение некоторого времени, за которое i-слой заполняется носителями до равномерного значения. В течение времени накопления заряда распределение носителей в слое равномерно, так как время пролета носителей через i-слой обычно короче времени, необходимого для достижения равновесия, а время жизни носителей значительно больше времени пролета. Обратное переключение p-i-n-диода происходит после снятия напряжения прямого смещения и подачи обратного смещения.
При этом мгновенно появляется большой ток, который ограничен лишь импедансом источника напряжения. На границах i-слоя образуются обедненные области, как показано на рис. 3. Эти области образуют емкости, которые обедняются последовательно с низким сопротивлением центральной области, в которой все еще имеется накопленный заряд. Поэтому импеданс диода значительно выше, чем в случае, когда накопленный заряд равномерно распределен вдоль всего i-слоя. Для рассасывания накопленного заряда требуется определенное время. На рис. 4 показана зависимость величины импеданса диода от времени после переключения напряжения смещения в случаях, когда диод «открывается» 1 и «закрывается» 2.
Рис. 3 Рис. 4
Скорость, с которой заряд удаляется от диода во время выключения, зависит от длительности переднего фронта и амплитуды переключающего импульса напряжения, приложенного к диоду. Для ускорения процесса рассасывания накопленных в i-слое электронов и дырок, инжектированных туда при подаче импульса прямого смещения, т.е. для уменьшения временни восстановления tв (tв для отдельных типов диодов достигает десятков мкс), на p-i-n-диод необходимо подать обратное смещение в виде импульса с крутым фронтом от источника с малым импедансом. Таким образом tв можно уменьшить более, чем на порядок. На рис. 5 приведена зависимость времени восстановления p-i-n-диода от величины обратного смещения, подводимого после прекращения действия прямого смещения.
1.4. Конструкция диодов.
На рис. 6 изображен чертеж планарного p-i-n-диода, который состоит из пластины высокоомного кремния 4, имеющей площадь (десятые доли мм2) и тольщину 65 мкм (обычно единицы – десятки мкм). В каждую из широких плоских сторон пластины проведена диффузия бора 5 и фосфора 1 для образования p- и n-областей. Сверху нанесена влагозащитная пленка окиси аллюминия 2 и пленка двуокиси кремния 3.
Широко используются также сдвоенные бескорпусные p-i-n-диоды, представляющие собой сложенные одноименными электродами две p-i-n-структуры с тонким проволочным выводом от общего электрода для подачи управляющего напряжения. Такая структура удобна для использования в волноводах пониженной частоты и имеет то преимущество, что вывод, используемый для подведения управляющего напряжения, располагается в волноводе перпендикулярно вектору электрического поля и на него не влияет. В результате такие n-i-p-i-n- структуры можно включать в волноводный тракт без каких-либо дополнительных согласующих устройств или развязывающих элементов. В качестве примера на рис. 6, б показана конструкция n-i-p-i-n-диода типа 2А505.
В корпусных диодах полупроводниковая структура защищена от внешних воздействий (пыль, влага и др.), кроме того, упрощается установка диода в схему. Однако проволочка, соединяющая полупроводник с корпусом, и выводы корпуса ппредставляют собой некоторую паразитную индуктивность L, значение которой в разных диодах колеблется в пределах 0,2...1,0 пФ. Наличие дополнительных реактивностей. Нежелательно, так как они увеличивают частотную зависимость полного сопротивления диода и уменьшают широкополостность аттенюторов, поэтому стремятся при конструировании свести их к минимуму. Конструкция корпуса диода показана на рис. 6. в.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.