Alaldi dioodid

Diood - ühe p-n-siirdega kaheelektroodiline pooljuhtseade, millel on ühepoolne voolujuhtimine. Dioode on palju erinevat tüüpi – alaldi-, impulss-, tunneli-, tagurpidi-, mikrolaine-dioodid, aga ka zeneri dioodid, varikandid, fotodioodid, LED-id ja palju muud.

Alaldi dioodid

Alaldi dioodi töö on seletatav elektrilise p — n-siirde omadustega.

Kahe pooljuhi piiri lähedale moodustub liikuvate laengukandjateta (rekombinatsiooni tõttu) kõrge elektritakistusega kiht — nn. Blokeeriv kiht. See kiht määrab kontaktpotentsiaali erinevuse (potentsiaalbarjäär).

Kui p — n ristmikule rakendatakse välist pinget, mis tekitab elektrivälja vastassuunas elektrikihi, siis selle kihi paksus väheneb ja pingel 0,4 — 0,6 V blokeerib kiht. kaovad ja vool suureneb oluliselt (seda voolu nimetatakse alalisvooluks).

Erineva polaarsusega välispinge ühendamisel suureneb blokeerimiskiht ja p — n-siirde takistus ning vähemuslaengukandjate liikumisest tulenev vool on ka suhteliselt kõrgete pingete juures tühine.

Dioodi pärivoolu tekitavad peamised laengukandjad ja vastupidise voolu vähemuslaengukandjad. Diood juhib positiivset (edasi) voolu anoodilt katoodile.

Joonisel fig. 1 näitab tavapärast graafilist tähistust (UGO) ja alaldi dioodide omadusi (nende ideaalseid ja tegelikke voolu-pinge karakteristikuid). Dioodi voolu-pinge karakteristiku (CVC) näiv katkestus algpunktis on seotud erinevate voolu- ja pingeskaaladega graafiku esimeses ja kolmandas kvadrandis. Kaks dioodi väljundit: anood A ja katood K UGO-s pole täpsustatud ja on selgituseks näidatud joonisel.

Reaalse dioodi voolu-pinge karakteristik näitab elektrilise rikke piirkonda, kui pöördpinge väikese suurenemise korral suureneb vool järsult.

Elektrilised kahjustused on pöörduvad. Tööpiirkonda naastes ei kaota diood oma omadusi. Kui pöördvool ületab teatud väärtuse, muutub elektririke seadme rikkega pöördumatuks termiliseks.

Riis. 1. Pooljuhtalaldi: a — tavapärane graafiline esitus, b — ideaalne voolu-pinge karakteristik, c — tegelik voolu-pinge karakteristik

Tööstus toodab peamiselt germaaniumi (Ge) ja räni (Si) dioode.

Ränidioodidel on madal pöördvool, kõrgem töötemperatuur (150 — 200 °C vs. 80 — 100 °C), nad taluvad kõrgeid pöördpingeid ja voolutihedusi (60 — 80 A / cm2 vs. 20 — 40 A / cm2). Lisaks on räni tavaline element (erinevalt germaaniumdioodidest, mis on haruldaste muldmetallide element).

Germaaniumdioodide eeliste hulka kuulub madal pingelang alalisvoolu (0,3–0,6 V vs. 0,8–1,2 V) korral. Lisaks loetletud pooljuhtmaterjalidele kasutatakse mikrolaineahelates galliumarseniidi GaAs.

Tootmistehnoloogia järgi jagunevad pooljuhtdioodid kahte klassi: punkt- ja tasapinnalised.

Punktdioodid moodustavad n-tüüpi Si või Ge plaadi pindalaga 0,5–1,5 mm2 ja terasnõela, mis moodustab kontaktpunktis p–n-siirde. Väikese pindala tõttu on ristmik väikese mahtuvusega, seetõttu saab selline diood töötada kõrgsageduslikes ahelates.Aga ristmikku läbiv vool ei saa olla suur (tavaliselt mitte rohkem kui 100 mA).

Tasapinnaline diood koosneb kahest ühendatud erineva elektrijuhtivusega Si või Ge plaadist. Suur kontaktpind annab tulemuseks suure ristmiku mahtuvuse ja suhteliselt madala töösageduse, kuid voolav vool võib olla suur (kuni 6000 A).

Alaldi dioodide peamised parameetrid on järgmised:

• maksimaalne lubatud pärivoolu vool Ipr.max,

• maksimaalne lubatud pöördpinge Urev.max,

• maksimaalne lubatud sagedus fmax.

Vastavalt esimesele parameetrile jagatakse alaldi dioodid dioodideks:

• väike võimsus, püsivool kuni 300 mA,

• keskmine võimsus, alalisvool 300 mA - 10 A,

• suur võimsus - võimsus, maksimaalne pärivoolu vool määratakse klassi järgi ja on 10, 16, 25, 40 - 1600 A.

Impulssdioode kasutatakse madala võimsusega ahelates, mille rakendatud pinge impulss on. Nende jaoks on iseloomulikuks nõudeks lühike üleminekuaeg suletud olekust avatud olekusse ja vastupidi (tavaline aeg 0,1–100 μs). UGO impulssdioodid on samad, mis alaldi dioodid.

Joonis fig. 2. Impulssdioodides toimuvad siirdeprotsessid: a — voolu sõltuvus pinge ümberlülitamisel otsepingest vastupidisele, b — pinge sõltuvus vooluimpulsi läbimisel dioodi

Impulssdioodide spetsiifilised parameetrid on järgmised:

• taastumisaeg Tvosst

• see on ajavahemik hetkest, mil dioodi pinge lülitub pärisuunast vastupidisele, kuni hetkeni, mil vastuvoolu vool väheneb etteantud väärtuseni (joonis 2, a),

• settimisaeg Tust on ajavahemik, mis jääb dioodi läbiva antud väärtusega alalisvoolu algusest kuni hetkeni, mil dioodi pinge jõuab 1,2-ni püsiseisundi väärtusest (joonis 2, b),

• maksimaalne taastumisvool Iobr.imp.max., mis on võrdne dioodi läbiva pöördvoolu suurima väärtusega pärast pinge ümberlülitamist pärisuunast vastupidisele (joonis 2, a).

Pööratud dioodid saadakse siis, kui lisandite kontsentratsioon p- ja n-piirkondades on suurem kui tavalistel alalditel. Sellisel dioodil on pöördühenduse ajal väike takistus pärivoolu suhtes (joonis 3) ja otseühenduse korral suhteliselt kõrge takistus. Seetõttu kasutatakse neid mitme kümnendiku volti pingeamplituudiga väikeste signaalide korrigeerimisel.

Riis. 3. Pöörddioodide UGO ja VAC

Schottky dioodid, mis on saadud metall-pooljuht üleminekul.Sel juhul kasutatakse madala takistusega n-räni (või ränikarbiidi) substraate, millel on sama pooljuhi kõrge takistusega õhuke epitaksiaalkiht (joonis 4).

Riis. 4. UGO ja Schottky dioodi struktuur: 1 — väikese takistusega algne ränikristall, 2 — suure takistusega räni epitaksiaalne kiht, 3 — ruumilaengu piirkond, 4 — metallkontakt

Epitaksiaalse kihi pinnale kantakse metallelektrood, mis tagab alaldamise, kuid ei süsti südamiku piirkonda vähemuskandjaid (kõige sagedamini kulda). Seetõttu ei toimu nendes dioodides selliseid aeglasi protsesse nagu vähemuskandjate akumuleerumine ja resorptsioon baasis. Seetõttu ei ole Schottky dioodide inerts suur. Selle määrab alaldi kontakti tõkkemahtuvuse väärtus (1 — 20 pF).

Lisaks on Schottky dioodide jadatakistus oluliselt madalam kui alaldi dioodidel, kuna metallikihi takistus on võrreldes mis tahes, isegi tugevalt legeeritud pooljuhiga, madal. See võimaldab Schottky dioode kasutada oluliste voolude (kümneid ampreid) alaldamiseks. Neid kasutatakse tavaliselt sekundaarseadmete lülitamisel kõrgsageduslike pingete (kuni mitu MHz) alaldamiseks.

Potapov L.A.