Главная | Обратная связь

Конструкция и применение

То́чечный дио́д — это диод с очень малой площадью электрического перехода, который может быть получен вплавлением металлической иглы с нанесенной на неё примесью в полупроводниковую пластинку с определенным типом электропроводимости.

Благодаря малой площади p-n перехода, и как следствие маленькой ёмкости перехода, точечный диод обычно имеет предельную частоту около 300—600 МГц. При использовании более острой иглы без электроформовки получают точечные диоды с предельной частотой порядка десятков гигагерц.

Малая площадь p-n перехода обуславливает также и недостатки точечного диода: максимальное обратное напряжение обычно не превышает 3—5 В, максимальный ток также сильно ограничен.

Если на низких частотах ток в цепи диода определяется только активными сопротивлениями электронно-дырочного перехода (Rп),

а также р- и n-областей полу­проводника (r_б), то при работе диода на высоких частотах боль­шую роль играют барьернат и диффузионная емкости. В результате совместного влияния этих емкостей и активного соп­ротивления г₆ свойства диода на высоких частотах оказываются совершенно иными, чем на низ­ких частотах, выпрямительный эффект с ростом частоты почти полностью исчезает.

Для расширения частотного диапазона диода необходимо уменьшить его емкость С_д и соп­ротивление базы r_б (см. рисунок).

Для уменьшения емкости р-n-перехода в высокочастотных диодах часто применяют точечную конструкцию (рис. а). Монокристалл германия или кремния n-типа является базой диода. База припаяна к выводу свинцово-оловянным припоем, обеспечивающим омический контакт. С другой стороны к базе прижата вольфрамовая игла, имею­щая диаметр острия не более 20—30 мкм. Благодаря малой площади контакта обеспечивается получение малой емкости перехода (порядка десятых долей пикофарада). Электродная система с целью защиты от воздействия окружающей среды заключена в герметичный стеклян­ный корпус; выводы электродов сделаны из ковара, имеющего такой же температурный коэффициент расширения, что и стекло.

Контакт вольфрамовой иглы с поверхностью полупроводника обла­дает выпрямительными свойствами, однако для создания стабильного выпрямляющего контакта, имеющего более высокое пробивное напря­жение, диод обычно подвергают электроформовке путем кратковремен­ного (1/4 с) пропускания мощного импульса тока. Вследствие сильного локального разогрева приконтактной области, приводящего к частич­ному расплавлению кристалла и конца иглы, возникает диффузия примесей в кристалл и под острием иглы после резкого охлаждения образуется небольшая по объему р-область, возникает р-n-переход (рис. б). Для повышения прямой проводимости диода на конец иглы перед формовкой иногда наносят акцепторную примесь (индий или алюминий), при этом концентрация акцепторов в р-области дости­гает 10¹⁷ см^-3, а прямая проводимость— 100мА/В. Из упомянутых ма­териалов лучшие результаты, сточки зрения высокочастотных свойств, дает алюминий, позволяющий получить меньший радиус р-n-перехода.

Предельная частота точечных диодов благодаря малой емкости перехода составляет 300—600 МГц. Изготовляют также диоды на час­тоты порядка десятков гигагерц. У них емкость перехода еще меньше, что достигается специальной заточкой иглы с использованием прижим­ного контакта без электроформовки. Предусмотрено максимальное уменьшение индуктивности выводов. Однако допустимое обратное напряжение у таких диодов не превышает 3—5 В; низкой получается допустимая мощность рассеяния.

Особенностью вольт-амперной характеристики точечного диода является отсутствие горизонтального участка на обратной ветви, плавный переход в режим пробоя, что вызывается неоднородностью структуры диода.

Для точечных диодов характерен большой разброс по обратному току и прямой проводимости. Параметры подвержены заметному из­менению в процессе хранения и эксплуатации. Для частичной стаби­лизации диоды в процессе изготовления подвергают искусственному старению.

На высоких частотах применяют также так называемые микро­сплавные диоды, имеющие малую площадь перехода. Диоды с микро­сплавными переходами выгодно отличаются от точечных лучшей ста­бильностью параметров, но емкость перехода у них больше и предель­ные частоты ниже, чем у точечных диодов. К этому типу приборов отно­сится диод Д223, имеющий I_выпр=50мА, U_обр до150 В, f_пред =20МГц.