Материал: Tverdotila_elektronika

Якщо діод включити у зворотному напрямі, то рівні Фермі зміщуються так, як показано на рис. 2.9 ж, і з’являється можливість тунельного переходу електронів із заповнених рівнів ВЗ р-області на вільні рівні ЗП n-області. Це приводить до протікання через діод великого зворотного тунельного струму.

Рисунок 2.9 – ВАХ тунельного діода та її утворення

 переходи тунельних діодів одержують здебільшого способом сплавлення з германію, арсеніду галію та антимоніду галію. Оскільки для виготовлення таких діодів використовують вироджені НП, які за характером провідності наближаються до металів, то робоча температура приладів досягає 400С.

Недоліком тунельних діодів є мала потужність із причини низьких робочих напруг (десяті частки вольта) і малих площ переходу.

За своїм призначенням тунельні діоди поділяють на підсилювальні (третій елемент позначення – 1), генераторні (2) та перемикальні (3).

Приклади позначення тунельних діодів:

АИ201Г – діод тунельний генераторний, широкого використання, з арсеніду галію, номер розробки 01, група Г.

ЗИ306Е – діод тунельний перемикальний, спеціального призначення, з арсеніду галію, номер розробки 06, група Е.

Тунельні діоди дозволяють будувати підсилювачі, генератори, змішувачі у діапазоні хвиль аж до міліметрових. На тунельних діодах створюють і різноманітні імпульсні пристрої: тригери, мультивібратори з дуже малим часом перемикання.

Частковим випадком тунельних діодів є обернені діоди, у яких внаслідок тунельного ефекту провідність при зворотних напругах значно більша, ніж при прямих.  переходи обернених діодів створюються напівпровід­никами, що мають дещо меншу концентрацію домішок, і тому рівні Фермі збігаються з краями ЗП і ВЗ (рис. 2.10 а). При вмиканні таких діодів у зворотному напрямі тунельні електрони з ВЗ р-області переходять на вільні рівні ЗП n-області, і через  перехід тече великий зворотний струм. При прямому вмиканні діодів перекриття зон не здійснюється, тунельний ефект не відбувається, і прямий струм визнача­ється лише дифузійним струмом. ВАХ оберненого діода показана на рисунку 2.10 б. Саме її форма дала назву цим діодам.

Третій елемент їх позначення – цифра 4. Мала інерційність унаслідок тунельного ефекту і велика крутизна характеристики зумовлюють використання обернених діодів у детекторах і змішувачах діапазону надвисоких частот.

а)

б)

Рисунок 2.10 – Енергетична діаграма (а)

та ВАХ (б) оберненого діода

З формул (2.7) та (2.8) можна записати вираз для добротності варикапа:

. (2.9)

В області низьких частот

і . (2.10)

В області високих частот , і тоді

. (2.11)

З виразів (2.10) та (2.11) випливає, що з метою збільшення добротності варикапа необхідно збільшувати зворотний опір його  переходу і зменшувати опір бази.

Для виконання першої умови варикапи виготовляють з кремнію. Для одержання малого опору бази для варикапа використовують структуру , в якій база складається з двох шарів: і (рис. 2.12); - шар бази має малу товщину, тому при зворотному вмиканні весь  перехід розміщується в цьому шарі. Опір бази в цьому випадку утворено лише сильнолегованою -областю, і тому він має малу величину. Ця структура, крім того, дозволяє значно збільшити зворотну напругу варикапа.

Рисунок 2.12 – Напівпровідникова структура варикапа

2.8 Діоди Шотткі

Діод Шотткі – це напівпровідниковий діод, провідні властивості якого ґрунтуються на застосуванні випрямного контакту металу зі збідненим шаром напівпровідника.

Як відомо, при співвідношенні робіт виходу електронів з металу і напівпровідника < або < у приконтактній області напівпровідника можна сформувати збіднений шар, який забезпечує вентильні властивості контакту (несиметрію ВАХ). При цьому випрямна дія діодів з такими контактами «метал-напівпровідник» (діодів Шотткі) ґрунтується на перенесенні заряду лише основними носіями, і тому в цих приладах відсутнє явище інжекції неосновних носіїв при вмиканні, а відтак явище екстракції при вимиканні. Оскільки ці явища є інерційними у часі, то діоди Шотткі, позбавлені їх, виявляють підвищену порівняно з діодами на основі  переходу швидкодію.

На швидкодію і частотні властивості діодів Шотткі також суттєво впливають бар’єрна ємність контакту і розподілений опір бази. Зменшення першої досягається збільшенням товщини збідненого шару, що додатково впливає на збільшення пробивної напруги діода і зменшення ймовірності небажаного тунельного ефекту на потенційному бар’єрі. Зниження другого досягається збільшенням концентрації домішок у базі діода (для поліпшення частотних властивостей застосовують n-бази, бо електрони мають рухомість вищу, аніж дірки). Якщо мінімізація ємності контакту і опору бази є процесами суперечливими (адже одночасне задовільнення цих умов вимагає відповідно зменшувати концентрацію донорних домішок і разом з тим збільшувати її), то у конструкції діодів Шотткі доцільно застосовувати двошарову базу (рис. 2.13), де n-шар низьколегований, і в ньому переважно розміщується збіднена область бар’єра Шотткі, а n⁺-шар – високолегований, бо саме він забезпечує мале значення розподіленого опору бази.

Рисунок 2.13 - Будова діодів Шотткі

Таким чином, будова діодів Шотткі може бути такою, як показано на рис. 2.13.

На рисунку: 1 – металевий анод; 2 – прошарок оксиду; 3 – р-області для створення запобіжного  переходу (таке «запобіжне кільце» дозволяє усунути периферійні лавинні пробої структури і через це збільшити напругу пробою до 250 В у потужних приладах); 4 – область просторового заряду (власне бар’єр Шотткі); 5 – активний шар бази; 6 – сильнолегована підкладка; 7 – омічний контакт катода.

Ще однією перевагою діодів Шотткі є менше падіння напруги на приладі у відкритому стані (рис. 2.14).

Рисунок 2.14 - Прямі гілки ВАХ:

1 – діода Шотткі; 2 – діода на основі p-n  переходу

Недоліком діодів Шотткі є більші приблизно на 3 порядки зворотні струми порівняно з діодами на основі p-n  переходу.

Потужні діоди Шотткі з площею переходу в декілька квадратних міліметрів при В, А і граничною частотою кілька сотень кГц застосовуються в перемикачах джерел живлення. Швидкодіючий бар’єр Шотткі широко використовується в ТТЛ-мікросхемотехніці.

3 Біполярні транзистори

3.1 Будова та принцип дії біполярних транзисторів

3.1.1 Загальні відомості про біполярні транзистори

Біполярний транзистор (БТ) – це електроперетво­рювальний напівпровідниковий прилад з одним, двома або кількома p-n  переходами, який має три або більше виводів і здатний підсилювати потужність. Робота БТ ґрунтується на тому, що між його переходами існує взаємодія: змінюючи струм одного з переходів, можна керувати зміною іншого переходу (струмом через прилад). Малі розміри й маса, здатність працювати при малих напругах, висока механічна міцність, довговічність і зручність мікромініатюризації зумовили найширше використання цих приладів у електроніці впродовж останніх десятиріч.

Класифікація транзисторів

1 За характером перенесення носіїв заряду розрізняють біполярні (БТ) та польові (ПТ) транзистори. БТ – це здебільшого двоперехідні прилади, у процесі струмо­проходження яких беруть участь носії обох знаків: і основні, і неосновні. У польових транзисторів струм створюється рухом носіїв одного знака.

2 За кількістю переходів розрізняють одноперехідні, двоперехідні та багатоперехідні транзистори. Серед БТ найбільш поширені транзистори з трьома виводами.

3 За типом провідності (послідовність розміщення напівпровідникових областей) розрізняють -- та --  транзистори.

4 За характером розподілу атомів домішок та руху носіїв у базі розрізняють дрейфові та бездрейфові БТ.

5 За величиною допустимої потужності, що розсіюється на електродах приладу, транзистори поділяють на малопотужні (до 0,3 Вт), середньої потужності (від 0,3 до 1,5 Вт) та потужні (більше 1,5 Вт).

6 За значенням граничної частоти розрізняють БТ: низькочастотні (до 3 МГц), середньої частоти (від 3 до 30 МГц) та високочастотні (більше 30 МГц).

Система позначень бт

Згідно з ГОСТ 10862-72 система позначень транзисторів налічує 6 елементів:

1-й – буква або цифра, що означає матеріал виготовлення приладу (Г/1/ - германій або його сполуки, К/2/ - кремній або його сполуки);

2-й – буква, що визначає підклас приладу (Т – біполяр­ний, П – польовий транзистор);

3-й – цифри від 1 до 9, характеризують призначення транзистора згідно з таблицею 3.1;

Таблиця 3.1

4-й та 5-й – цифри від 01 до 99, визначають порядковий номер розробки транзистора;

6-й – літери від А до Я, показують параметричну групу технологічного типу.

Позначення площинних БТ, що розроблялися до 1964 р., але мають застосування й сьогодні, складаються з двох або трьох елементів:

1-й – буква “П” (або “МП” – для БТ з уніфікованим корпусом);

2-й – число (номер), що визначає призначення транзистора згідно з таблицею 3.2;

3-й – буква, що означає різновид транзистора.

Приклади позначень транзисторів: ГТ 605А – германієвий біполярний транзистор середньої потужності високої частоти широкого використання, номер розробки 05, група А; 2Т 144А – кремнієвий біполярний транзистор малої потужності низької частоти для пристроїв спеціального призначення, номер розробки 44, група А.

Таблиця 3.2