Главная | Обратная связь

Полупроводниковый диод. Устройство, принцип работы.

 

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами.

Различные типы полупроводниковых диодов отличаются друг от друга по своим свойствам, назначению и по конструкции. Полупроводниковые диоды бывают плоскостные и точечные. В плоскостных диодах линейные размеры перехода, определяющие его площадь, значительно больше толщины. В точечных диодах – линейные размеры меньше, чем характеристическая длина, определяющая физические процессы в диоде (толщина области пространственного заряда, диффузионная длина и т.д.).

 

Реальные структуры полупроводниковых диодов представлены на рисунке 1.

 

 

плоскостной

 

точечный

 

 

Рисунок 1 - Структуры полупроводниковых диодов

 

Плоскостные p-n-переходы для полупроводниковых диодов получают методами сплавления, диффузии и эпитаксии.

На рисунке 2 показаны основные элементы полупроводникового германиевого диода, изготовленного методом сплавления.

 

 

Рисунок 2 - Основные элементы полупроводникового германиевого диода

 

Для изготовления такого диода на пластину германия n-типа накладывается таблетка индия. В процессе последующей термической обработки таблетка расплавляется и растворяет прилегающую к ней поверхность пластины германия. При остывании на границе расплава кристаллизуется тонкий слой германия, сильно легированный индием, то есть слой с резко выраженной дырочной электропроводностью. С помощью оловянно-свинцового припоя создается невыпрямляющий омический контакт.

У диода, изготовленного методом сплавления, p-n-переход получается резко несимметричным (p_p » n_n), поэтому у такого диода электронная составляющая тока диффузии оказывается много меньше дырочной составляющей:

 

I_диф = I_p + I_n ≈ I_p

 

То есть, ток диффузии, (прямой ток) определяется в основном инжекцией дырок из p-области в n-область.

Область полупроводникового прибора с большой концентрацией основных носителей заряда, назначением которой является инжекция носителей в базовую область, называют эмиттером, а область с малой концентрацией, в которую инжектируются не основные для этой области носители заряда – базой.

В диффузионных переходах концентрация введенной в поверхностный слой примеси уменьшается с глубиной, поэтому эмиттерный слой получается неоднородным, а p-n-переход – плавным (толщина слоя изменения концентрации примеси сравнима с толщиной области пространственного заряда). Омические контакты создают с помощью напыления алюминия в вакууме.

 

 

Рисунок 3 -

 

При изготовление точечного диода к поверхности хорошо отшлифованной пластины германия или кремния n-типа прижимают заостренную металлическую иглу. В месте соприкосновения иглы с полупроводником образуется выпрямляющий переход. Для улучшения его свойств контакт подвергают электрической формовке, пропуская через точечный контакт мощные короткие импульсы тока. При этом происходит местный разогрев контакта и кончик иглы сплавляется с полупроводником, что обеспечивает стабильность и механическую прочность контакта. Невыпрямляющий контакт у точечного диода выполняется также как и у плоскостного.

Плоскостные и точечные диоды герметизируются в корпуса (металлический, металлокерамический, стеклянный) или заливаются эпоксидными смолами.

Независимо от технологии изготовления диоды по назначению делятся на следующие основные группы: выпрямительные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, импульсные, стабилитроны, варикапы, туннельные, фотодиоды и светодиоды. На рисунке 4 представлено условно-графическое изображение диодов.

а) выпрямительный, СВЧ, импульсный, диод Ганна

б) стабилитрон

в) варикап

г) туннельный

д) фотодиод (по новому стандарту окружность не рисуется)

е) светодиод (по новому стандарту окружность не рисуется)

ж) обращенный

 

Рисунок 4 - Условно-графическое изображение диодов