ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 8861
Скачиваний: 20
116
нов в глубине валентной зоны огромна и малейшее приращение
разности
Fp
Fn
ϕ −ϕ
сопровождается существенным изменением
потока электронов из р-слоя в n-слой. Теперь приложим к диоду
небольшое прямое напряжение. Энергетическая диаграмма для
этого случая показана на рис. 3.9, в. Легко заметить, что поток
электронов из р-слоя в n-слой сильно убывает, а обратный поток
меняется сравнительно слабо. Следовательно, результирующий
ток протекает в направлении от р-слоя к n-слою и при небольших
прямых напряжениях возрастает с увеличением напряжения
(рис. 3.8). На рис. 3.9, г изображены зонные диаграммы перехода
при напряжении между точками 1—2 статической вольтамперной
характеристики (рис 3.8, а). На рис. 3.9, д зонные диаграммы со-
ответствуют напряжениям между точками 2—3.
U
U
1
U
3
U
2
1
2
3
I
I
1
I
2
Рис. 3.8 — Статическая характеристика
туннельного диода
Туннельный диод представляет собой универсальный при-
бор, способный выполнять все функции, свойственные активным
элементам электронных схем. Поэтому вопросы применения тун-
нельных диодов составляют отдельную область прикладной элек-
троники. Заметим лишь, что диодные схемы настолько сильно
отличаются от триодных, что требуют пересмотра многих при-
вычных методов построения и расчета электронных схем.
117
ϕ
F
ϕ
Fn
U<U
1
I=2
ϕ
Fn
n
p
U>0
в
ϕ
Fn
n
p
ϕ
F
U=0
I=0
а
n
U<0
I=-5
ϕ
Fp
p
U<0
б
n
U
1
<U<U
2
I=1
ϕ
Fp
p
U>0
г
ϕ
Fn
U>U
2
I=3
ϕ
Fp
n
p
U>0
д
φ
CP
φ
CP
φ
CP
φ
CP
φ
VP
φ
VP
φ
VP
φ
VP
Рис. 3.9 — Энергетические диаграммы туннельного
диода на разных участках характеристики:
а — равновесное состояние; б — обратное включение,
в — прямое включение; г — U
1
<U<U
2
; д — U>U
2.
Весьма интересным вариантом туннельного диода является
так называемый обращенный диод, характеристика которого по-
казана на рис. 3.10.
118
Рис. 3.10 — Статическая характеристика
обращенного диода
Как видим, особенность обращенного диода состоит в том,
что отсутствует (или очень мал) максимум на прямой ветви.
В этом случае логично повернуть характеристику на 180° (показано
пунктиром) и считать прямую ветвь обратной, а обратную — пря-
мой. Таким образом, обращенный диод имеет значительно мень-
шее прямое напряжение, чем обычные плоскостные диоды (у ко-
торых оно составляет десятки и сотни милливольт), что очень
ценно для многих применений. Однако его обратное напряжение
тоже весьма мало (0,3—0,5 В), и с этим нужно считаться при рас-
чете схем. Технология туннельных и обращенных диодов почти
одинакова, различие состоит главным образом в подборе исход-
ных материалов (у обращенных диодов концентрация примесей
меньше, чем у туннельных).
3.4
Диоды
Шоттки
В основе диодов Шоттки лежит контакт между металлом
и полупроводником. Такой контакт, как отмечалось, при опреде-
ленных условиях может обладать выпрямительными свойствами.
Для этого необходимо, чтобы приповерхностный слой полупро-
водника в равновесном состоянии был обеднен основными носи-
телями и чтобы сопротивление обедненного слоя было много
больше сопротивления остальной части полупроводниковой пласти-
ны. Несмотря на то, что теория контакта между металлом и полупро-
водником была развита более 60 лет назад, реализовать данный тип
I
U
119
диодов удалось лишь в 70-е годы. На пути реализации такого, ка-
залось бы, простого прибора стояли следующие трудности: во-
первых, нужно было осуществить контакт металл — полупровод-
ник без каких бы то ни было промежуточных слоев, (прижимной
контакт не обеспечивал этого условия); во-вторых, нужно было
добиться малого сопротивления полупроводниковой пластины,
не жертвуя при этом ее удельным сопротивлением. Основным
преимуществом диодов Шоттки по сравнению с диодами с р-n
переходом является тот факт, что у них отсутствует явление ин-
жекции неосновных носителей при прямом смещении, а значит,
и явления накопления и рассасывания этих носителей.
Соответственно инерционность диодов Шоттки обусловлена
только барьерной емкостью контакта и может быть сделана весь-
ма малой путем уменьшения размеров структуры. Типичный
диапазон рабочих частот составляет 3—15 Ггц, а времена пере-
ключения доходят до 0,1 нс. Еще одним преимуществом диодов
Шоттки является то, что экспоненциальный характер статической
вольт-амперной характеристика сохраняется для них в гораздо
более широком диапазоне токов, чем для обычного р-n перехода,
поскольку отсутствует модуляция сопротивления базы неоснов-
ными носителями. Обратный ток диодов Шоттки выражается
формулой:
0
1
.
4
s T
I
qn v S
=
Обратные токи могут составлять всего несколько пикоам-
пер. Обратные напряжения лежат в пределах от 10 до 250 В. Ве-
личины прямых токов зависят, конечно, от площади структуры
и качества теплоотвода. В настоящее время разработаны диоды
Шоттки на прямые токи порядка 50 А и более. При этом прямое
падение напряжения составляет всего 0,5 В, т. е. величину, при-
мерно вдвое меньшую, чем у кремниевых диодов. Основным по-
лупроводником — материалом, используемым в диодах Шоттки,
является кремний. В качестве металлов используются молибден,
нихром, золото, а также алюминий.
120
3.5
Фотоприёмники
(
приёмники
оптического
излучения
)
В живой природе оптическая связь распространена весьма
широко; ее функции чрезвычайно разнообразны. Человек почти
девяносто процентов информации получает с помощью зрения.
Основным элементом фотоприемников является преобразо-
ватель оптических сигналов в электрические.
Из всех известных полупроводниковых фотоприёмников
фоторезистор является наиболее простым, но и наиболее универ-
сальным датчиком.
По отношению к сигнальной цепи фоторезистор представ-
ляет собой двухполюсник, переменным параметром которого яв-
ляется его импеданс
Ф
Z .
При этом
(
)
, ,
, ,
Ф
b
Z
f B
t T
=
λ ω
, откуда следуют основные ха-
рактеристики фоторезистора: световая, спектральная, частотная,
переходная, температурная.
В — световой поток, λ — длина волны оптического излуче-
ния, ώ
b
— частота, t — время, T — температура.
На рис. 3.11 показаны две возможные конструкции фоторе-
зисторов: поперечная (а), продольная (б).
э
B
E
а б
э
a
b
h
B
U
0
э
a
b
h
U
0
Рис. 3.11 — Принципиальные конструкции фоторезисторов:
а — поперечная; б — продольная; Э — электроды