Напівпровідниковий діод

Головна → Відділ астрономії, оптики та квантової фізики → Напівпровідниковий діод

Роботу виконали:

• Стрельцова Анастасія
• Фертюк Анна

Загальний опис (принцип дії)

Напівпровідниковим діодом називається електроперетворюваль­ний прилад з одним р-n-переходом і двома зовнішніми виводами від областей кристала з провідностями різного виду.

Саме р-n-перехід визначає властивості, технічні характеристики та параметри будь-яко­го напівпровідникового діода. Корпус діода, в якому міститься кристал напівпровідника з р-n-переходом, а також інші конструктивні еле­менти для закріплення кристала в корпусі забезпечують експлуатацій­ні характеристики діода: стійкість при дії нагрівання, вологи, ударних та вібраційних навантажень тощо.

Історична довідка

На межі 30-х - 40-х років з'явилися перші германієві і кремнієві діоди. І були це НВЧ діоди. Прогрес фізики твердого тіла дозволив встановити, що хороший вентиль повинен утворюватися в напівпровіднику P-N перехід або контакт метал-напівпровідник (перехід Шотткі, того ж, що близько 1920 року винайшов лампу-тетрод і взагалі встиг відзначитися і в лампової, і в напівпровідниковій техніці). А радіолокація вимагала НВЧ детекторів та змішувачів. І перші діоди на германію або кремнію представляли собою пластинку сильнолегированного напівпровідника (0,001-0,005 ом*см, для порівняння у звичайних транзисторах і діодах - десятки ом*см), тобто дуже "брудного", низькоякісного, який тоді вже могли зробити за ще убогих методи очищення. З цією платівкою контактує гострозаточенна металева (зазвичай вольфрамова) голка. Даючи перехід метал-напівпровідник дуже малої площі. Максимальне зворотне напруга такого переода від десятих часток вольта до одиниць вольт, граничний прямий струм - одиниці міліампер. Але в основному і єдиному їх застосування - нелінійного НВЧ елемента - це несуттєво. Головне, що нелінійність у них зберігається і на гігагерцових частотах. Подібні НВЧ діоди випускаються і в наш час, хоча значною мірою витіснені діодами Шотткі, виконаними за сучасною технологією. Принцип роботи напівпровідникового діода відкрив у 1874 році Карл Фердинанд Браун. Перший радіоприймач з використанням кристалічного діода сконструював Ґрінліф Віттіер Пікард. Свій винахід він запатентував у 1906 році.

Технічні характеристики

Основою напівпровідникового діода є p-n перехід. В напівпровіднику "n" типу є вільні електрони, частинки зі знаком мінус, а в напівпровіднику типу "p" наявні іони з позитивним зарядом, їх прийнято називати «дірки». Дірка є носієм позитивного заряду, рівного елементарному заряду, в напівпровідниках. Це поняття вводиться в зонної теорії для опису електронних явищ у неповністю заповненої електронами валентної зоні. Напівпровідниковий діод має два виводи, які мають назву: анод і катод. В основі принципу дії напівпровідникового діода - властивості електронно діркового переходу, зокрема, сильна асиметрія вольт- амперної характеристики щодо нуля. Таким чином розрізняють пряме і зворотне включення. В прямому включенні (якщо подати на анод плюс, а на катод мінус) діод має малий електроопір і добре проводить електричний струм. У зворотному (на анод подати мінус, а на катод – плюс) – електрони з області N прямують до джерела з позитивним полюсом. У цей же час позитивні заряди(дірки) в області P притягуються негативним полюсом джерела живлення. Тому в області PN переходу, утворюється порожнеча, так як немає носіїв заряду, струм проводити нічим. З точки зору зонної теорії рівноважний стан на p-n переході досягається при такій висоті потенціального бар'єра, при якій рівні Фермі обох областей розміщуються на однаковій висоті. Є й недолік напівпровідникових діодів, при зворотному підключенні струм все таки протікає (величина цього струму має порядок мікро або наноампер і нею можна знехтувати). Також кожен діод має граничну допустиму напругу-напругу пробою, перевищувати яку небажано, тому що може зруйнуватися кристалічна структура напівпровідника і прилад прийде у непридатність. Для нормальної роботи діода у прямому включенні необхідно подавати постійну напругу не перевищуючу: для германієвих діодів порядку 0,3В, для кремнієвих діодів 0,7В

Класифікація напівпровідникових діодів

---

• По вихідному напівпровідниковому матеріалу діоди поділяють на чотири групи: германієві, кремнієві, з арсеніду галію і фосфіду індію. Германієві діоди використовуються широко в транзисторних приймачах, так як мають вищий коефіцієнт передачі, ніж кремнієві. Це пов’язано з їх більшою провідністю при невеликій напрузі (близько 0,1 … 0,2 В) сигналу високої частоти на вході детектора і порівняно малому опорі навантаження (5 … 30 кОм).

• За конструктивно-технологічною ознакою розрізняють діоди точкові і площинні.

• За призначенням напівпровідникові діоди поділяють на такі основні групи: випрямні, універсальні, імпульсні, варикапи, стабілітрони (опорні діоди), Стабистор, тунельні діоди, звернені діоди, лавинно-пролітні (ЛПД), тиристори, фотодіоди, світлодіоди та оптрони.

Класифікація навіпровідникових діодів за призначенням:

• Випрямляючий діод
• Імпульсний діод
• Діод Шоткі

• Напівпровідниковий стабілітрон
• Варикап
• Діоди Ганна
• Стабістор
• Тунельний діод

Діоди характеризуються такими основними електричними параметрами:

– Струмом, що проходить через діод в прямому напрямі;

– Струмом, що проходить через діод у зворотному напрямку;

– Найбільшим допустимим прямим струмом;

– Прямою напругою;

– Зворотною напругою;

– Найбільш допустимою зворотною напругою;

– Габаритами і діапазоном робочих температур.

Сфера застосування

-діоди з бар'єром Шотткі для роботи в низьковольтних вторинних джерелах живлення на частотах до 200 кГц;

-варикап в схемах для автоматичного підстроювання частоти, в параметричних підсилювачах;

-випрямний діод для роботи в приймальній і підсилювальній апаратурі;

-в схемах управління електродвигунами;

-в люмінесцентних лампах;

-в модулях сонячних батарей;

-випрямний діод з бар'єром Шотткі для випрямлення на частотах 10-200 кГц;

-як детектори в найпростіших радіоприймачах;

-для стабілізації напруги на прямий гілки вольт-амперної характеристики (стабистори) і для цілей термокомпенсації;

-імпульсні стабілітрони для стабілізації та обмеження постійної та імпульсної напруги.

Фото, відео-матеріали

Напівпровідникові діоди

Напівпровідникові діоди

Напівпровідникові діоди

Напівпровідникові діоди

Напівпровідникові діоди

Напівпровідникові діоди

---