Напівпровідникові прилади (Електропровідність напівпровідників. Електричний струм в напівпровідниках. Електронно-дірковий перехід та його властивості), страница 5

При зворотньому прикладанні зовнішньої напруги до p-n переходу потенційний бар’єр зростає на величину Е і стає рівним j_Е = j₀ +Е. Зростання потенційного бар’єру приводить і до зростання його ширини. Як результат, дифузійний струм зменшується, а при подальшому зростанні зворотньої напруги залишається незмінним.. Дрейфовий струм фактично залишається незмінним і максимальним в широкому діапазоні зворотніх напруг. Це значить, що через p-n перехід буде протікати зворотній струм, який подібно до вище описаного, буде підтримуватись в зовнішньому колі. Вигляд зворотньої гілкиі ВАХ p-n переходу приводиться на рис. 1.11(3-й квадрант). Зворотній струм І_зв, обумовлений неосновними носіями p-n переходу часто називають тепловим, так як його величина залежить від температури.

1.5. Напівпровідникові прилади на базі p-n переходу.

Напівпровідниковий p-n перехід являється основою для побудови діодів різного призначення. Так же як і в домішкових напівпровідниках, технологічно можливо забезпечити широку гаму характеристик p-n переходу, які можуть бути використані для побудови різноманітних приладів. На Рис.1.12.. приведені типи широко використовуємих приладів на базі p-n переходу

Розглянемо особливості характеристик кожного з типів напівпро-відникових приладів.

Випрямляючі діоди – напівпровідникові прилади на базі p-n переходу призначені для випрямлення змінного струму. Промисловістю випускається широкий ряд випрямляючих діодів як на базі германієвих, кремнієвих структур, так із використанням арсенід-галієвих  та інших  перспективних напівпровідників.

Кремнієві діоди мають малі зворотні струми, можуть викори-стовуватись при більш високих температурах і більших зворотніх напругах. Вони працюють в діапазоні від сотень міліампер до тисяч ампер прямих струмів, і від десятків до тисяч вольт зворотніх напруг. Здебільшого вони працюють на низьких частотах (до 500 Гц), але з розширенням частот перетворення розширилось і частотні межі (здебільшого до 50-100 кГц).

Основними вимогами до випрямляючих діодів являються низька величина падіння напруги від випрямляємого струму, малий зворотній струм, високі значення зворотньої напруги, можливість значних, але короткочасних перевантажень. Основними параметрами випрямляючих діодів являються: макси-мально допустимий прямий струм І_макс; величина падіння прямої напруги U_пн при номінальному струмі; максимально допустима зворотня напруга U_{зв доп}.

Величина U_{зв доп} пов’язана з величиною зворотньої напруги при якій починається тепловий пробій, тобто процес незворотнього пошкодження діоду при надмірній зворотній напрузі (Рис.1.13). Тепловий пробій з напругою U_пр появляється як результат перегріву окремих ділянок p-n переходу за рахунок протікання великого зворотнього струму. Зростання зворотньго струму відбувається як за рахунок внутрішньої (в p-n переході) генерації носіїв, так і за рахунок забруднень напівпровідникової структури. Величина U_{зв доп} вибирається на рівні 0.7 U_пр. Збільшення робочого струму та зменшення падіння прямої напруги забезпечується збільшенням концентрації основних носіїв, та розширенням площі напівпровідника.

Випрямляючі діоди конструктивно виготовляються так, щоб до них могли прикріплятись тепловідводящі радіатори.

Сучасні технології забезпечують виготовлення не тільки діодів з високими технічними характеристиками, а і цілих модулів, в яких поєднані діоди в схеми випрямлячів. ( Серед відомих фірм, які виготовляють  такі модулі можна назвати  Motorolla, Inernetional rectifier, Toshiba).

Діоди, які призначені для роботи в високочастотних перетворювачах часто називають імпульсними силовими діодами. Так як такі перетворювачі прцюють на частотах від 10 до 100кГц, то основні вимоги, які до них пред’являються – це швидка реакція на прикладаєму імпульсну напругу. Основні параметри таких діодів пов’язані з характеристикою часу установлення відкритого стану, і часу відновлення закритого стану відповідно після подачі прямої та зворотньої імпульсної напруги. Головний вплив на ці параметри мають процеси накопичення і розсіювання зарядів в p-n  переході..

Напівпровідникові стабілітрони– це прилади в яких викорис-товується частина ВАХ,  обумовлена електричним пробоєм   p-n переходу. В стабілітронах використовується один з видів електричного пробою, який називається лавинним. Він обумовлений лавинним розмноженням носіїв в p-n переході за рахунок ударної іонізації атомів швидкими неосновними носіями заряду. Вигляд зворотньої ВАХ діода з лавинним пробоєм приведений на рис.. 1.14.

Головними характеристиками стабілітрона являються напруга стабілізації U_ст; мінімальний І_{зв мін} і максимальний І_{зв макс} зворотні струми в діапазоні яких підтримується лавинний пробій. Широко вико-ристовується також динамічний опір r_Д= DU_cт/DI_зв робочої харак-теристики (ділянка АВ), а також температурний коефіцієнт напруги

Tk_U=(DU_CT/Dt)*100.                                                                             

Промисловістю випускаються стабілітрони з напругами стабілізації від 1 до 1000 В. Діапазон струмів стабілізації від І_{ст мін} 1-10 mА до І_{ст max} = 50-2000 mА. Величина r_дзалежить від U_ст і знаходиться в діапазоні 0.5 – 200 Ом. Величина Tk_U для більшості стабілітронів лежить в межах (-0.05 -+0.2)%/^оС. Виготовляються також стабілітрони працюючі зTk_U ≈ ±0.0005%/^oС.

В якості стабілітронів іноді використовують окремі типи кремнієвих діодів, які називають стабісторами. В них використовується лінійна ділянка прямої ВАХ діода, яка забезпечується високим рівнем концентрації основних носіїв. Їх особливість – можливість одержання низьких робочих напруг.

Варікапи – напівпровідникові прилади в яких використовується залежність ємкості p-n переходу від величини зворотньої напруги.