यह दृढ़ता से अशुद्धियों की सांद्रता पर निर्भर करता है। अर्धचालक जिनके विद्युत-भौतिक गुण अन्य रासायनिक तत्वों की अशुद्धियों पर निर्भर करते हैं, अशुद्धता अर्धचालक कहलाते हैं। दो प्रकार की अशुद्धियाँ हैं, दाता और स्वीकर्ता।

दाताएक अशुद्धता को कहा जाता है, जिसके परमाणु अर्धचालक मुक्त इलेक्ट्रॉन देते हैं, और इस मामले में प्राप्त विद्युत चालकता, मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गति से जुड़ी होती है, है इलेक्ट्रोनिक. इलेक्ट्रॉनिक चालकता वाले अर्धचालक को इलेक्ट्रॉनिक अर्धचालक कहा जाता है और इसे पारंपरिक रूप से लैटिन अक्षर n द्वारा दर्शाया जाता है - "नकारात्मक" शब्द का पहला अक्षर।

आइए अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनिक चालकता के गठन की प्रक्रिया पर विचार करें। हम सिलिकॉन को मुख्य अर्धचालक पदार्थ के रूप में लेते हैं (सिलिकॉन अर्धचालक सबसे आम हैं)। सिलिकॉन (Si) में परमाणु की बाहरी कक्षा में चार इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो इसके इलेक्ट्रोफिजिकल गुणों को निर्धारित करते हैं (अर्थात, वे विद्युत प्रवाह बनाने के लिए वोल्टेज के प्रभाव में चलते हैं)। जब आर्सेनिक (As) अशुद्धता परमाणुओं को सिलिकॉन में पेश किया जाता है, जिसमें बाहरी कक्षा में पांच इलेक्ट्रॉन होते हैं, चार इलेक्ट्रॉन सिलिकॉन के चार इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करते हैं, एक सहसंयोजक बंधन बनाते हैं, और आर्सेनिक का पांचवां इलेक्ट्रॉन मुक्त रहता है। इन परिस्थितियों में यह आसानी से परमाणु से अलग हो जाता है और पदार्थ में गति करने का अवसर प्राप्त करता है।

हुंडी सकारनेवालाएक अशुद्धता को अशुद्धता कहा जाता है जिसके परमाणु मुख्य अर्धचालक के परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करते हैं। परिणामी विद्युत चालकता, जो धन आवेशों - छिद्रों की गति से जुड़ी होती है, होल कहलाती है। छेद विद्युत चालकता वाले अर्धचालक को छेद अर्धचालक कहा जाता है और पारंपरिक रूप से लैटिन अक्षर p द्वारा निरूपित किया जाता है - "सकारात्मक" शब्द का पहला अक्षर।

आइए हम छिद्र चालकता के गठन की प्रक्रिया पर विचार करें। जब इंडियम (इन) अशुद्धता परमाणुओं को सिलिकॉन में पेश किया जाता है, जिसकी बाहरी कक्षा में तीन इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो वे सिलिकॉन के तीन इलेक्ट्रॉनों के साथ बंध जाते हैं, लेकिन यह बंधन अधूरा हो जाता है: चौथे इलेक्ट्रॉन के साथ बंधन के लिए एक और इलेक्ट्रॉन गायब है सिलिकॉन। अशुद्धता परमाणु मुख्य अर्धचालक के पास के परमाणुओं में से एक से लापता इलेक्ट्रॉन को जोड़ता है, जिसके बाद यह सभी चार पड़ोसी परमाणुओं से जुड़ जाता है। एक इलेक्ट्रॉन के जुड़ने के कारण, यह एक अतिरिक्त ऋणात्मक आवेश प्राप्त कर लेता है, अर्थात यह ऋणात्मक आयन में बदल जाता है। उसी समय, अर्धचालक परमाणु, जिसमें से चौथा इलेक्ट्रॉन अशुद्धता परमाणु के लिए छोड़ा गया, केवल तीन इलेक्ट्रॉनों द्वारा पड़ोसी परमाणुओं से जुड़ा हुआ निकला। इस प्रकार, धनात्मक आवेश की अधिकता होती है और एक अधूरा बंधन प्रकट होता है, अर्थात छेद.

अर्धचालक के महत्वपूर्ण गुणों में से एक यह है कि छिद्रों की उपस्थिति में, इसमें से एक धारा गुजर सकती है, भले ही इसमें कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन न हों। यह छिद्रों की एक अर्धचालक परमाणु से दूसरे में जाने की क्षमता के कारण होता है।

अर्धचालक में "छेद" को स्थानांतरित करना

एक अर्धचालक के एक भाग में एक दाता अशुद्धता और दूसरे भाग में एक स्वीकर्ता अशुद्धता को शामिल करके, इसमें इलेक्ट्रॉन और छेद चालकता वाले क्षेत्रों को प्राप्त करना संभव है। एक तथाकथित इलेक्ट्रॉन-छेद संक्रमण इलेक्ट्रॉनिक और छेद चालन के क्षेत्रों के बीच की सीमा पर बनता है।

पी-एन जंक्शन

उन प्रक्रियाओं पर विचार करें जो तब होती हैं जब करंट गुजरता है इलेक्ट्रॉन-छेद संक्रमण. n लेबल वाली बाईं परत इलेक्ट्रॉनिक रूप से प्रवाहकीय है। इसमें करंट मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गति से जुड़ा होता है, जिसे पारंपरिक रूप से माइनस साइन वाले सर्कल द्वारा दर्शाया जाता है। दायीं परत, जिसे p अक्षर से निरूपित किया जाता है, में छिद्र चालकता होती है। इस परत में करंट छिद्रों की गति से जुड़ा होता है, जो कि आकृति में "प्लस" वाले हलकों द्वारा इंगित किया जाता है।

प्रत्यक्ष चालन व्यवस्था में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की गति

रिवर्स चालन शासन में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की गति।

जब विभिन्न प्रकार की चालकता वाले अर्धचालक संपर्क में आते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों के कारण प्रसारपी-क्षेत्र में जाना शुरू हो जाएगा, और छेद - एन-क्षेत्र में, जिसके परिणामस्वरूप एन-क्षेत्र की सीमा परत सकारात्मक रूप से चार्ज की जाती है, और पी-क्षेत्र की सीमा परत नकारात्मक रूप से चार्ज होती है। क्षेत्रों के बीच एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है, जो कि मुख्य धारा वाहकों के लिए बाधाएं हैं, जिसके कारण पी-एन जंक्शन में कम चार्ज एकाग्रता वाला क्षेत्र बनता है। पी-एन जंक्शन में विद्युत क्षेत्र को संभावित अवरोध कहा जाता है, और पी-एन जंक्शन को अवरुद्ध परत कहा जाता है। यदि बाहरी विद्युत क्षेत्र की दिशा पी-एन जंक्शन के क्षेत्र की दिशा के विपरीत है (पी-क्षेत्र में "+", एन-क्षेत्र में "-"), तो संभावित बाधा कम हो जाती है, चार्ज की एकाग्रता p-n संधि में चौड़ाई बढ़ती है और इसलिए संक्रमण प्रतिरोध घटता है। जब स्रोत की ध्रुवता बदल जाती है, तो बाहरी विद्युत क्षेत्र पी-एन जंक्शन के क्षेत्र की दिशा के साथ मेल खाता है, जंक्शन की चौड़ाई और प्रतिरोध बढ़ जाता है। इसलिए, पी-एन जंक्शन में वाल्व गुण होते हैं।

अर्धचालक डायोड

डायोडएक या अधिक पी-एन जंक्शनों और दो लीड के साथ विद्युत रूप से परिवर्तित अर्धचालक उपकरण कहा जाता है। पी-एन जंक्शन में उपयोग किए जाने वाले मुख्य उद्देश्य और घटना के आधार पर, कई मुख्य प्रकार के अर्धचालक डायोड हैं: रेक्टिफायर, हाई-फ़्रीक्वेंसी, पल्स, टनल, जेनर डायोड, वेरिकैप्स।

बुनियादी अर्धचालक डायोड की विशेषताएंवर्तमान-वोल्टेज विशेषता (वीएसी) है। प्रत्येक प्रकार के सेमीकंडक्टर डायोड के लिए, I-V विशेषता का एक अलग रूप होता है, लेकिन वे सभी एक जंक्शन रेक्टिफायर डायोड की I-V विशेषता पर आधारित होते हैं, जिसका रूप होता है:

डायोड की करंट-वोल्टेज विशेषता (CVC): 1 - प्रत्यक्ष करंट-वोल्टेज विशेषता; 2 - रिवर्स करंट-वोल्टेज विशेषता; 3 - टूटने का क्षेत्र; 4 - प्रत्यक्ष वर्तमान-वोल्टेज विशेषता का सीधा सन्निकटन; ऊपर दहलीज वोल्टेज है; rdyn गतिशील प्रतिरोध है; अपरोब - ब्रेकडाउन वोल्टेज

धाराओं के नकारात्मक मूल्यों के लिए y- अक्ष के साथ पैमाने को सकारात्मक लोगों की तुलना में कई गुना बड़ा चुना जाता है।

डायोड की करंट-वोल्टेज विशेषताएँ शून्य से गुजरती हैं, लेकिन पर्याप्त रूप से ध्यान देने योग्य करंट तभी दिखाई देता है जब सीमा वोल्टेज(यू तब), जो जर्मेनियम डायोड के लिए 0.1 - 0.2 वी है, और सिलिकॉन डायोड के लिए यह 0.5 - 0.6 वी है। डायोड पर नकारात्मक वोल्टेज मानों के क्षेत्र में, पहले से ही अपेक्षाकृत कम वोल्टेज (यू गिरफ्तारी। ) घटित होना उलटी बिजली(मैं गिरफ्तार)। यह करंट अल्पसंख्यक वाहकों द्वारा बनाया गया है: पी-क्षेत्र के इलेक्ट्रॉन और एन-क्षेत्र के छेद, जिनमें से एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में संक्रमण इंटरफ़ेस के पास एक संभावित अवरोध द्वारा सुगम होता है। रिवर्स वोल्टेज में वृद्धि के साथ, वर्तमान में वृद्धि नहीं होती है, क्योंकि प्रति यूनिट समय में संक्रमण सीमा पर दिखाई देने वाले अल्पसंख्यक वाहक की संख्या बाहर से लागू वोल्टेज पर निर्भर नहीं करती है, अगर यह बहुत बड़ी नहीं है। सिलिकॉन डायोड के लिए रिवर्स करंट जर्मेनियम वाले की तुलना में कम परिमाण के कई ऑर्डर हैं। रिवर्स वोल्टेज में और वृद्धि ब्रेकडाउन वोल्टेज(यू नमूने) इस तथ्य की ओर जाता है कि वैलेंस बैंड से इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में जाते हैं, वहां है जेनर प्रभाव. इस मामले में, रिवर्स करंट तेजी से बढ़ता है, जिससे डायोड का ताप होता है और करंट में और वृद्धि से पी-एन जंक्शन का थर्मल ब्रेकडाउन और विनाश होता है।

डायोड के मुख्य विद्युत मापदंडों का पदनाम और परिभाषा

सेमीकंडक्टर डायोड पदनाम

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, डायोड एक दिशा में करंट का संचालन करता है (यानी, आदर्श रूप से, यह केवल कम प्रतिरोध वाला एक कंडक्टर है), दूसरी दिशा में यह (यानी, यह बहुत अधिक प्रतिरोध वाले कंडक्टर में बदल जाता है), एक शब्द में , यह है एकतरफा चालन. तदनुसार, उसके पास केवल दो निष्कर्ष हैं। वे, जैसा कि दीपक प्रौद्योगिकी के समय से प्रथागत रहा है, कहा जाता है एनोड(सकारात्मक निष्कर्ष) और कैथोड(नकारात्मक)।

सभी अर्धचालक डायोड को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: दिष्टकारी और विशेष। दिष्टकारी डायोड, जैसा कि नाम का तात्पर्य है, प्रत्यावर्ती धारा को सुधारने के लिए डिज़ाइन किया गया है। प्रत्यावर्ती वोल्टेज की आवृत्ति और आकार के आधार पर, उन्हें उच्च-आवृत्ति, निम्न-आवृत्ति और पल्स में विभाजित किया जाता है। विशेषअर्धचालक डायोड के प्रकार पी-एन जंक्शनों के विभिन्न गुणों का उपयोग करते हैं; टूटने की घटना, बाधा समाई, नकारात्मक प्रतिरोध वाले क्षेत्रों की उपस्थिति आदि।

दिष्टकारी डायोड

संरचनात्मक रूप से, रेक्टिफायर डायोड को प्लानर और पॉइंट में विभाजित किया जाता है, और निर्माण तकनीक के अनुसार, मिश्र धातु, प्रसार और एपिटैक्सियल में। p-n जंक्शन के बड़े क्षेत्र के कारण, समतल डायोड का उपयोग ठीक करने के लिए किया जाता है उच्च धाराएं. बिंदु डायोड में एक छोटा जंक्शन क्षेत्र होता है और तदनुसार, सुधार के लिए डिज़ाइन किया जाता है छोटी धाराएं. हिमस्खलन ब्रेकडाउन वोल्टेज को बढ़ाने के लिए, रेक्टिफायर पोल का उपयोग किया जाता है, जिसमें श्रृंखला में जुड़े डायोड की एक श्रृंखला होती है।

उच्च शक्ति दिष्टकारी डायोड कहलाते हैं शक्ति. ऐसे डायोड के लिए सामग्री आमतौर पर सिलिकॉन या गैलियम आर्सेनाइड होती है। 5 kHz तक की आवृत्ति के साथ प्रत्यावर्ती धारा को ठीक करने के लिए सिलिकॉन मिश्र धातु डायोड का उपयोग किया जाता है। सिलिकॉन प्रसार डायोड उच्च आवृत्तियों पर 100 kHz तक काम कर सकते हैं। एक धातु सब्सट्रेट (एक Schottky बाधा के साथ) के साथ सिलिकॉन एपिटैक्सियल डायोड का उपयोग 500 kHz तक की आवृत्तियों पर किया जा सकता है। गैलियम आर्सेनाइड डायोड कई मेगाहर्ट्ज तक आवृत्ति रेंज में काम करने में सक्षम हैं।

पावर डायोड को आमतौर पर स्थिर और गतिशील मापदंडों के एक सेट की विशेषता होती है। सेवा स्थिर पैरामीटरडायोड में शामिल हैं:

• वोल्टेज ड्रॉपप्रत्यक्ष धारा के एक निश्चित मूल्य पर डायोड पर यू सीआर;
• उलटी बिजलीमैं रिवर्स वोल्टेज के एक निश्चित मूल्य पर गिरफ्तार करता हूं;
• अर्थ एकदिश धारामैं पी.सी.एफ. ;
• आवेगशील रिवर्स वोल्टेजयू गिरफ्तार। ;

सेवा गतिशील पैरामीटरडायोड इसकी समय और आवृत्ति विशेषताएँ हैं। इन विकल्पों में शामिल हैं:

• रिकवरी टाइमटी रिवर्स वोल्टेज;
• उठने का समयप्रत्यक्ष वर्तमान मैं बाहर। ;
• सीमा आवृत्तिडायोड f मैक्स के मोड को कम किए बिना।

डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता के अनुसार स्थिर पैरामीटर सेट किए जा सकते हैं।

डायोड टीवीओएस का रिवर्स रिकवरी टाइम रेक्टिफायर डायोड का मुख्य पैरामीटर है, जो उनके जड़त्वीय गुणों की विशेषता है। यह डायोड को दिए गए फॉरवर्ड करंट I CR से दिए गए रिवर्स वोल्टेज U arr पर स्विच करके निर्धारित किया जाता है। स्विचिंग के दौरान, डायोड के आर-पार वोल्टेज विपरीत मान प्राप्त कर लेता है। विसरण प्रक्रिया के जड़त्व के कारण डायोड में धारा तुरन्त नहीं रुकती है, बल्कि समय के साथ t nar. संक्षेप में, पी-एन जंक्शन की सीमा पर आवेशों का पुनर्जीवन होता है (अर्थात, समतुल्य क्षमता का निर्वहन)। इससे यह पता चलता है कि चालू होने पर डायोड में बिजली की हानि तेजी से बढ़ जाती है, खासकर जब इसे बंद कर दिया जाता है। इसलिये, डायोड में नुकसानसंशोधित वोल्टेज की बढ़ती आवृत्ति के साथ वृद्धि।

जब डायोड का तापमान बदलता है, तो इसके पैरामीटर बदल जाते हैं। डायोड पर आगे का वोल्टेज और इसका उल्टा करंट तापमान पर सबसे अधिक निर्भर करता है। लगभग, हम मान सकते हैं कि TKN (वोल्टेज तापमान गुणांक) Upr \u003d -2 mV / K, और डायोड के रिवर्स करंट में एक सकारात्मक गुणांक होता है। तो हर 10 डिग्री सेल्सियस के तापमान में वृद्धि के साथ, जर्मेनियम डायोड का रिवर्स करंट 2 गुना बढ़ जाता है, और सिलिकॉन - 2.5 गुना।

Schottky बाधा के साथ डायोड

उच्च आवृत्ति के छोटे वोल्टेज के सुधार के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है स्कूटी बैरियर डायोड. इन डायोड में p-n जंक्शन के स्थान पर धातु की सतह के संपर्क का उपयोग किया जाता है। संपर्क के बिंदु पर, अर्धचालक परतें आवेश वाहकों में समाप्त हो जाती हैं, जिन्हें शट-ऑफ परतें कहा जाता है, दिखाई देती हैं। Schottky बाधा वाले डायोड निम्नलिखित तरीकों से p-n जंक्शन वाले डायोड से भिन्न होते हैं:

• अधिक कम सीधावोल्टेज ड्रॉप;
• और लें कम उल्टावोल्टेज;
• अधिक तेज करंटरिसाव;
• लगभग कोई शुल्क नहींरिवर्स रिकवरी।

दो मुख्य विशेषताएं इन डायोड को अपरिहार्य बनाती हैं: कम आगे वोल्टेज ड्रॉप और तेजी से रिवर्स वोल्टेज रिकवरी समय। इसके अलावा, पुनर्प्राप्ति समय की आवश्यकता वाले लघु मीडिया की अनुपस्थिति का अर्थ है भौतिक कोई नुकसान नहींडायोड को ही स्विच करने के लिए।

आधुनिक Schottky डायोड का अधिकतम वोल्टेज लगभग 1200 V है। इस वोल्टेज पर, Schottky डायोड का आगे का वोल्टेज p-n जंक्शन वाले डायोड के फॉरवर्ड वोल्टेज से 0.2 ... 0.3 V से कम होता है।

कम वोल्टेज को ठीक करते समय Schottky डायोड के फायदे विशेष रूप से ध्यान देने योग्य हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, 45-वोल्ट शोट्की डायोड में 0.4 ... 0.6 वी का आगे वोल्टेज होता है, और उसी वर्तमान में, पी-एन-जंक्शन डायोड में 0.5 ... 1.0 वी की वोल्टेज ड्रॉप होती है। जब रिवर्स वोल्टेज गिर जाता है 15 वी, फॉरवर्ड वोल्टेज घटकर 0.3 ... 0.4 वी। औसतन, रेक्टिफायर में शोट्की डायोड के उपयोग से नुकसान को लगभग 10 ... 15% कम करना संभव हो जाता है। Schottky डायोड की अधिकतम ऑपरेटिंग आवृत्ति 200 kHz से अधिक है।

सिद्धांत अच्छा है, लेकिन व्यावहारिक अनुप्रयोग के बिना यह सिर्फ शब्द है।

वर्तमान में, गैलियम आर्सेनाइड में जंक्शनों को गढ़ने के लिए विधियों के तीन मुख्य समूहों का उपयोग किया जाता है: प्रसार, वाष्प चरण एपिटॉक्सी, और तरल चरण एपिटॉक्सी। फ़्यूज़िंग विधि, जो पहले सेमीकंडक्टर तकनीक में उपयोग की जाती थी, अब PCD तकनीक में उपयोग नहीं की जाती है, क्योंकि यह एक नक्काशीदार और सपाट इलेक्ट्रॉन-छेद संक्रमण का उत्पादन नहीं करती है और इसलिए, लेजर डायोड के निर्माण के लिए अनुपयुक्त है। इसलिए, अब पीसीजी डायोड के निर्माण की मुख्य विधियाँ प्रसार और एपिटाइक्सी हैं।

8.3.1. प्रसार विधि

प्रसार का सिद्धांत इस धारणा पर आधारित है कि प्रसार के दौरान अशुद्धता परमाणु एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं, और प्रसार दर उनकी एकाग्रता पर निर्भर नहीं करती है। इस धारणा के आधार पर विसरण के मूलभूत समीकरण - फिक के नियम - निकाले गए हैं। फिक का पहला कानून प्रसार प्रवाह को एकाग्रता ढाल के आनुपातिक मात्रा के रूप में परिभाषित करता है (एक-आयामी प्रसार के साथ इज़ोटेर्मल स्थितियों के तहत)

विसरित परमाणुओं की सांद्रता कहाँ है; एक्स - दूरी समन्वय; प्रसार गुणांक।

फिक का दूसरा नियम प्रसार की दर निर्धारित करता है

इन नियमों के आधार पर, अर्ध-सीमित नमूने में अशुद्धता सांद्रता का वितरण पाया जा सकता है। मामले के लिए जब क्रिस्टल के थोक में प्रारंभिक एकाग्रता शून्य के करीब है, और सतह की एकाग्रता है और स्थिर रहती है, समय x के बाद गहराई x पर अशुद्धता एकाग्रता बराबर है

यदि प्रसार एक पतली परत से होता है जिसमें प्रति इकाई अशुद्धता सांद्रता की मोटाई होती है

सतह, तो अशुद्धता वितरण समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है

नमूने में अशुद्धियों के वितरण की सांद्रता प्रोफाइल का निर्धारण या तो रेडियोधर्मी ट्रेसर की विधि द्वारा किया जाता है, या नमूने के तिरछे कट के साथ "प्रतिरोध के प्रसार" को मापने की जांच विधि द्वारा किया जाता है।

प्रसार गुणांक की तापमान निर्भरता का रूप है

हालांकि, फिक के नियम से विचलन के कारण बाइनरी अर्धचालकों में यह निर्भरता हमेशा बनाए नहीं रखी जाती है, क्योंकि अशुद्धता यौगिक के किसी एक घटक के साथ या यौगिक के पृथक्करण के दौरान एक वाष्पशील घटक के वाष्पीकरण के कारण बनने वाली रिक्तियों के साथ संपर्क करती है। कभी-कभी, एक यौगिक के घटकों के साथ एक अशुद्धता की बातचीत के परिणामस्वरूप, नए यौगिक बनते हैं जो मूल बाइनरी सेमीकंडक्टर की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं। विसरण प्रकार के यौगिकों में, विसरण समूह III और V के तत्वों के उपखंड के स्थलों के साथ परमाणुओं की गति के माध्यम से होता है। इस मामले में प्रसार की सक्रियता ऊर्जा उप-प्रकार के प्रकार पर निर्भर करती है, जिसके माध्यम से प्रसार होता है। हालाँकि, यह तंत्र केवल एक ही नहीं है; संभव है, उदाहरण के लिए, अंतराल के साथ एक अशुद्धता का प्रसार है। बाइनरी सेमीकंडक्टर्स में विभिन्न अशुद्धियों का प्रसार समीक्षाओं में माना जाता है। गैलियम आर्सेनाइड में अशुद्धियों के प्रसार पर डेटा तालिका में दिया गया है। 8.3.

प्रसार द्वारा जंक्शनों का निर्माण दोनों दाताओं को -टाइप गैलियम आर्सेनाइड और स्वीकर्ता को -टाइप सामग्री में फैलाकर किया जा सकता है। चूंकि दाताओं का प्रसार बहुत धीमा है, स्वीकारकर्ताओं का प्रसार आमतौर पर किया जाता है। इंजेक्शन के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले सबसे आम डोपेंट स्वीकर्ता हैं - जिंक और डोनर - टेल्यूरियम। उद्योग पीकेजी के उत्पादन के लिए गैलियम आर्सेनाइड के एकल क्रिस्टल का उत्पादन करता है, जिसमें सांद्रता के लिए टेल्यूरियम के साथ डोप किया जाता है।

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सांद्रता, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, और इष्टतम हैं। इन एकल क्रिस्टल से काटे गए प्लेटों में एक इलेक्ट्रॉन-छेद संक्रमण जस्ता प्रसार द्वारा निर्मित होता है, जो बहुत अधिक तापमान पर, किसी भी वांछित गहराई पर संक्रमण को जल्दी से उत्पन्न करने की अनुमति देता है।

प्रसार के लिए आपूर्ति की गई गैलियम आर्सेनाइड प्लेटों को विशेष रूप से तैयार किया जाना चाहिए। सबसे पहले, एक्स-रे विधि द्वारा क्रिस्टल में इंडेक्स (100) वाला एक विमान प्रकट होता है। फिर क्रिस्टल को इस क्रिस्टलोग्राफिक प्लेन के समानांतर प्लेटों में काट दिया जाता है। विमान का चुनाव निम्नलिखित विचारों से निर्धारित होता है। यौगिकों के क्रिस्टल (110) तल के साथ आसानी से साफ हो जाते हैं। स्पैलेराइट की घन संरचना में, जो इन यौगिकों की विशेषता है, तीन (110) विमान (111) तल के लंबवत और दो लंबवत (100) वाले हैं। यदि (111) तल को चुना जाता है, तो त्रिकोणीय PKG डायोड का निर्माण किया जा सकता है।

विशिष्ट फैब्री-पेरोट रेज़ोनेटर वाले डायोड आसानी से (110) के साथ एक साधारण डबल क्लेवाज द्वारा (100) विमान के समानांतर कटी हुई प्लेटों से निर्मित होते हैं। ये गुंजयमान विमान भविष्य के संक्रमण के लिए सख्ती से लंबवत होने चाहिए, क्योंकि डायोड की सक्रिय परत की मोटाई केवल 1-2 माइक्रोन है। नतीजतन, गुंजयमान विमान के नगण्य विचलन से सक्रिय क्षेत्र से विकिरण का उत्सर्जन हो सकता है। इस आवश्यकता को पूरा करने के लिए, वेफर के एक तरफ विसरण से पहले कटे हुए विमानों के लंबवत 5 माइक्रोन पाउडर के साथ जमीन है। प्लेट की जमीन की सतह को पॉलिशिंग पाउडर (अनाज का आकार पहले 1 माइक्रोन और फिर 0.3 माइक्रोन) के साथ कांच पर मैन्युअल रूप से पॉलिश किया जाता है। कभी-कभी रासायनिक पॉलिशिंग का भी उपयोग किया जाता है।

एक पॉलिश गैलियम आर्सेनाइड प्लेट में जस्ता प्रसार की प्रक्रिया या तो एक बंद मात्रा में (एक सीलबंद ampoule में) या एक प्रवाह प्रणाली में की जाती है। अधिक बार, हालांकि, एक बंद प्रणाली का उपयोग किया जाता है। ऐसा करने के लिए, ampoule को लगभग mmHg के अवशिष्ट दबाव में प्रारंभिक रूप से पंप किया जाता है। कला। जस्ता के स्रोत के रूप में, या तो मौलिक जस्ता या इसके यौगिकों को लिया जाता है। बाद वाला यौगिक ठोस चरणों का मिश्रण है, अनुपात

जो प्रसार की तापमान स्थितियों के आधार पर चुने जाते हैं। यदि तात्विक जस्ता का उपयोग अशुद्धता स्रोत के रूप में किया जाता है, तो मौलिक आर्सेनिक को भी अनुपात में ampoule में रखा जाता है या जैसा कि नीचे दिखाया जाएगा, इस प्रक्रिया में ampoule में आर्सेनिक का दबाव बहुत महत्व रखता है।

जंक्शन बनाने के लिए प्रौद्योगिकी में उपयोग की जाने वाली प्रसार प्रक्रियाओं के तीन प्रकार हैं।

1. सिंगल-स्टेज जिंक डिफ्यूजनएक प्लेट (100) या (111) में आर्सेनिक के वातावरण में जिंक के तापमान पर किया जाता है और आर्सेनिक को गैस चरण में उनकी कुल सांद्रता के अनुपात में ampoule में लोड किया जाना चाहिए, प्रक्रिया के अंत के बाद, ampoule को पानी से तेजी से ठंडा किया जाता है। प्रक्रिया की अवधि संक्रमण की वांछित गहराई के आधार पर चुनी जाती है।

इन परिस्थितियों में तीन घंटे के प्रसार के परिणामस्वरूप, संक्रमण लगभग 20 माइक्रोन की गहराई पर बनता है।

2. आर्सेनिक वातावरण में एनीलिंग के बाद जिंक का प्रसार।प्रसार प्रक्रिया ऊपर वर्णित के समान है, लेकिन प्रसार प्रक्रिया के अंत में, प्लेट को दूसरे ampoule में रखा जाता है, जहां आर्सेनिक भी एक मात्रा में रखा जाता है। लोड के साथ ampoule को mm Hg तक पंप किया जाता है। कला। और 900 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर ओवन में रखा जाता है, क्योंकि एनीलिंग मुआवजा क्षेत्र के विस्तार, सक्रिय संक्रमण परत के संरेखण, और एक चिकनी, अनशार्प संक्रमण के निर्माण में योगदान देता है। इष्टतम स्थितियां इस प्रकार हैं: चरण I (प्रसार) - तापमान जस्ता एकाग्रता अनुपात अवधि चरण I चरण II (एनीलिंग) - तापमान 900 या - आर्सेनिक एकाग्रता अवधि चरण II इन शर्तों के तहत प्रसार गहराई लगभग 8 माइक्रोन है।

3. तीन चरण प्रसार।ऊपर वर्णित दो-चरण प्रसार प्रक्रिया में, एक तीसरा चरण जोड़ा जाता है - एक परत बनाने के लिए जस्ता का उथला प्रसार

प्रसार प्रक्रिया और शीशी के ठंडा होने के अंत में, गैलियम आर्सेनाइड प्लेट को हटा दिया जाता है और संक्रमण की पहचान करने के लिए इसके किनारे को काट दिया जाता है, इसकी घटना की गहराई निर्धारित करता है और नेत्रहीन इसकी विशेषताओं का निरीक्षण करता है: समता, चौड़ाई, आदि। क्रम में को

संक्रमण को स्पष्ट रूप से दिखाई देने के लिए, चिप को एक घोल में उकेरा जाता है या घोल की एक बूंद को चिप की सतह पर लगाया जाता है और 15-30 सेकेंड के लिए रखा जाता है, जिसके बाद प्लेट को आसुत जल से धोया जाता है। नक़्क़ाशीदार सतह पर दो रेखाएँ देखी जा सकती हैं: निचली रेखा संक्रमण सीमा को परिभाषित करती है, और ऊपरी वह स्थान है जहाँ β-प्रकार की सामग्री का अध: पतन शुरू होता है।

गैलियम आर्सेनाइड में जिंक के प्रसार की क्रियाविधि।प्रसार के परिणामस्वरूप गैलियम आर्सेनाइड में जस्ता सांद्रता का वितरण विषम है। नीचे के तापमान पर जस्ता प्रसार के लिए, इसे गाऊसी त्रुटि फ़ंक्शन, यानी समीकरणों (8.4) और (8.5) द्वारा वर्णित किया जा सकता है; इस मामले में, प्रसार गुणांक के मूल्यों की गणना तालिका में दिए गए मापदंडों को ध्यान में रखते हुए की जा सकती है। 8.3. 800 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के प्रसार तापमान के लिए, गैलियम आर्सेनाइड में जस्ता का वितरण इस शास्त्रीय पैटर्न का पालन नहीं करता है। जिंक के विषम वितरण के विशिष्ट उदाहरण अंजीर में दिखाए गए हैं।

8.13 के दौरान तापमान पर प्रसार के लिए

गैलियम आर्सेनाइड में जस्ता के प्रसार के दौरान विसंगतिपूर्ण घटनाएं कई अध्ययनों का विषय हैं। निम्नलिखित तथ्य नोट किए गए हैं।

चावल। 8.13. एक प्रसार तापमान पर विभिन्न सतह सांद्रता के लिए गैलियम आर्सेइड प्लेट में जिंक एकाग्रता वितरण प्रोफाइल और लगभग की अवधि

ऊपर के प्रसार तापमान पर, जस्ता का प्रसार गुणांक आर्सेनिक की एकाग्रता पर दृढ़ता से निर्भर करता है, और गैलियम आर्सेनाइड में जस्ता की घुलनशीलता परिमाण के तीन आदेशों से भी बढ़ जाती है (1017 से , यानी, जस्ता एकाग्रता ढाल के अभाव में। नमूना।

जिंक परमाणु गैलियम आर्सेनाइड में या तो गैलियम की साइटों पर या अंतराल पर स्थित हो सकते हैं। इसलिए, गैलियम रिक्तियों के साथ और अंतराल के साथ जस्ता प्रसार हो सकता है। इस तरह के दोहरे प्रसार तंत्र के लिए फिक का नियम समीकरण द्वारा व्यक्त किया जा सकता है

इंटरस्टिस और गैलियम प्रतिस्थापन तंत्र पर जस्ता के प्रसार गुणांक कहां और हैं।

प्रभावी प्रसार गुणांक को पेश करके इस समीकरण को सरल बनाया जा सकता है:

आइसोकंसेंट्रेशन डिफ्यूजन के परिणाम बताते हैं कि, उच्च जिंक सांद्रता पर, इंटरस्टिस के साथ विसरण प्रबल होता है, अर्थात।

नतीजतन, isoconcentration प्रसार भी समीकरण (8.4) द्वारा वर्णित किया जा सकता है। आइसोकंसेंट्रेशन डिफ्यूजन गुणांक की गणना अंतरालीय जस्ता परमाणुओं और गैलियम रिक्तियों की एकाग्रता के विश्लेषण के आधार पर की जा सकती है। जिंक की सांद्रता पर इसकी प्रबल निर्भरता अंजीर में दिखाई गई है। 8.14.

चावल। 8.14, गैलियम आर्सेनाइड में जिंक के प्रसार गुणांक की जिंक की सांद्रता पर निर्भरता।

हालांकि, उच्च तापमान पर वास्तविक तकनीकी परिस्थितियों में, गैलियम आर्सेनाइड पर जस्ता की सतह एकाग्रता ampoule में जस्ता वाष्प घनत्व से थोड़ा अधिक हो गई। शीशी में आर्सेनिक के दबाव की अनुपस्थिति में, नमूने में जस्ता का वितरण अपरिवर्तनीय रूप से विकृत था, और

संक्रमण असमान था, विशेष रूप से कम जस्ता सांद्रता पर। शीशी में आर्सेनिक की शुरूआत ने स्थिति को काफी हद तक ठीक कर दिया। जस्ता सांद्रता पर प्रसार गुणांक की निर्भरता में काफी कमी आई, प्रसार अधिक नियमित रूप से आगे बढ़ा, और संक्रमण सुचारू हो गया।

इस तथ्य पर ध्यान दिया जाना चाहिए कि जस्ता के प्रसार में विषम घटनाएं गैलियम आर्सेनाइड के अपघटन की शुरुआत के तापमान से ऊपर के तापमान पर होती हैं। इसलिए, ampoule में एक आर्सेनिक दबाव बनाया जाना चाहिए, कम से कम पृथक्करण दबाव के बराबर। किसी दिए गए तापमान पर गैलियम आर्सेनाइड। इसके अलावा, चूंकि जस्ता आर्सेनिक के साथ दो समान रूप से पिघलने वाले यौगिक बनाता है, इसलिए जस्ता स्रोत और गैलियम आर्सेनाइड की सतह दोनों पर उनके गठन की उम्मीद की जा सकती है। इन प्रक्रियाओं, साथ ही गैलियम आर्सेनाइड के पृथक्करण, तरल गैलियम की रिहाई और जस्ता और गैलियम आर्सेनाइड के गैलियम समाधान के गठन का कारण बन सकता है, जिसके परिणामस्वरूप स्थानीय सतह गड़बड़ी उत्पन्न होती है, प्रसार प्रोफ़ाइल और संक्रमण को और विकृत कर देती है। इन सतही गड़बड़ी को खत्म करने और प्रसार को आइसोकंसेंट्रेशन शासन के करीब लाने के लिए, जस्ता को कभी-कभी गैलियम आर्सेनाइड पर जमा एक फिल्म के माध्यम से या जस्ता के साथ डोप की गई फिल्म से फैलाया जाता है।

गैलियम आर्सेनाइड में जस्ता के प्रजनन योग्य प्रसार को प्राप्त करने की शर्तें n द्वारा निर्धारित की जा सकती हैं? गैलियम-आर्सेनिक-जस्ता के चरण संतुलन आरेखों पर विचार के आधार पर (चित्र। 8.15)।

यदि डिफ्यूसेंट के रूप में केवल मौलिक जस्ता का उपयोग किया जाता है, तो आर्सेनिक को गैलियम आर्सेनाइड से जस्ता स्रोत में तब तक स्थानांतरित किया जाएगा जब तक कि दोनों सतहों पर जस्ता आर्सेनाइड के संतुलन चरण नहीं बन जाते। स्वाभाविक रूप से, यह तरल गैलियम की रिहाई, वेफर सतह को नुकसान और प्रसार मोर्चे के विरूपण को जन्म देगा।

यदि स्रोत जस्ता और आर्सेनिक या जस्ता आर्सेनाइड है, तो सब कुछ विसारक की मात्रा, इसकी संरचना और तापमान पर निर्भर करता है। थोड़ी मात्रा में विसारक (कई ampoules) के साथ, कोई संघनित चरण नहीं बनता है - सभी जस्ता और आर्सेनिक वाष्प चरण में होते हैं। प्रसार और तापमान की अवधि से संक्रमण की सतह की गड़बड़ी द्वारा व्यक्त की जाती है

n- और p-प्रकार के दो अर्धचालकों के संपर्क को p-n-junction या n-p-junction कहते हैं। प्रसार अर्धचालकों के बीच संपर्क के परिणामस्वरूप शुरू होता है। कुछ इलेक्ट्रॉन छिद्रों में जाते हैं, और कुछ छिद्र इलेक्ट्रॉनों की तरफ जाते हैं।

नतीजतन, अर्धचालकों को चार्ज किया जाता है: n सकारात्मक है, और p नकारात्मक है। संक्रमण क्षेत्र में उत्पन्न होने वाले विद्युत क्षेत्र के बाद इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की गति को रोकना शुरू हो जाएगा, प्रसार बंद हो जाएगा।

पीएन जंक्शन को आगे की दिशा में जोड़ने पर, यह अपने आप से करंट पास करेगा। यदि आप पीएन-जंक्शन को विपरीत दिशा में जोड़ते हैं, तो यह व्यावहारिक रूप से करंट पास नहीं करेगा।

निम्नलिखित ग्राफ एक पी-एन जंक्शन के आगे और पीछे के कनेक्शन की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं को दर्शाता है।

अर्धचालक डायोड का निर्माण

ठोस रेखा पीएन-जंक्शन के सीधे कनेक्शन की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता दिखाती है, और बिंदीदार रेखा रिवर्स कनेक्शन दिखाती है।
यह ग्राफ से देखा जा सकता है कि पीएन-जंक्शन वर्तमान के संबंध में असममित है, क्योंकि आगे की दिशा में जंक्शन प्रतिरोध विपरीत दिशा की तुलना में बहुत कम है।

पीएन जंक्शन के गुणों का व्यापक रूप से विद्युत प्रवाह को सुधारने के लिए उपयोग किया जाता है। ऐसा करने के लिए एक pn जंक्शन के आधार पर एक सेमीकंडक्टर डायोड बनाया जाता है।

आमतौर पर, सेमीकंडक्टर डायोड बनाने के लिए जर्मेनियम, सिलिकॉन, सेलेनियम और कई अन्य पदार्थों का उपयोग किया जाता है। आइए हम n-टाइप सेमीकंडक्टर के साथ जर्मेनियम का उपयोग करके pn जंक्शन बनाने की प्रक्रिया पर अधिक विस्तार से विचार करें।

ऐसा संक्रमण दो अर्धचालकों को विभिन्न प्रकार की चालकता के साथ यांत्रिक रूप से जोड़कर प्राप्त नहीं किया जा सकता है। यह संभव नहीं है क्योंकि अर्धचालकों के बीच का अंतर बहुत बड़ा है।

और हमें पीएन-जंक्शन की मोटाई अंतर-परमाणु दूरी से अधिक नहीं होने की आवश्यकता है। इससे बचने के लिए, इंडियम को नमूना सतहों में से एक में पिघलाया जाता है।

सेमीकंडक्टर डायोड बनाने के लिए, एक पी-टाइप डोप्ड सेमीकंडक्टर जिसमें इंडियम परमाणु होते हैं, को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है। क्रिस्टल की सतह पर n-प्रकार की अशुद्धियों के जोड़े जमा होते हैं। इसके अलावा, प्रसार के कारण, उन्हें क्रिस्टल में ही पेश किया जाता है।

क्रिस्टल की सतह पर, जिसमें पी-प्रकार की चालकता होती है, एन-प्रकार की चालकता वाला क्षेत्र बनता है। निम्न आंकड़ा योजनाबद्ध रूप से दिखाता है कि यह कैसा दिखता है।

क्रिस्टल पर हवा और प्रकाश के प्रभाव को बाहर करने के लिए, इसे एक सीलबंद धातु के मामले में रखा जाता है। सर्किट आरेखों पर, एक डायोड को निम्नलिखित विशेष आइकन के साथ नामित किया गया है।

सॉलिड स्टेट रेक्टिफायर्स में बहुत अधिक विश्वसनीयता और लंबी सेवा जीवन होता है। उनका मुख्य नुकसान यह है कि वे केवल एक छोटी तापमान सीमा में काम कर सकते हैं: -70 से 125 डिग्री तक।

सेमीकंडक्टर डायोड

अर्धचालक डायोड एक विद्युत परिपथ का एक तत्व है जिसमें दो टर्मिनल होते हैं और एक तरफा विद्युत चालकता होती है। सभी अर्धचालक डायोड को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: दिष्टकारी और विशेष। रेक्टिफायर डायोड, जैसा कि नाम से पता चलता है, प्रत्यावर्ती धारा को ठीक करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। प्रत्यावर्ती वोल्टेज की आवृत्ति और आकार के आधार पर, उन्हें उच्च-आवृत्ति, निम्न-आवृत्ति और पल्स में विभाजित किया जाता है। विशेष प्रकार के अर्धचालक डायोड विभिन्न गुणों का उपयोग करते हैं पीएनसंक्रमण: टूटने की घटना, बाधा समाई, नकारात्मक प्रतिरोध वाले वर्गों की उपस्थिति आदि।

संरचनात्मक रूप से, रेक्टिफायर डायोड को प्लानर और पॉइंट में विभाजित किया जाता है, और निर्माण तकनीक के अनुसार, मिश्र धातु, प्रसार और एपिटैक्सियल में। बड़े क्षेत्र के कारण प्लानर डायोड पीएन-जंक्शन का उपयोग उच्च धाराओं को ठीक करने के लिए किया जाता है। बिंदु डायोड में एक छोटा जंक्शन क्षेत्र होता है और तदनुसार, छोटी धाराओं को ठीक करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। हिमस्खलन ब्रेकडाउन वोल्टेज को बढ़ाने के लिए, रेक्टिफायर पोल का उपयोग किया जाता है, जिसमें श्रृंखला से जुड़े डायोड की एक श्रृंखला होती है।

हाई पावर रेक्टिफायर डायोड को पावर डायोड कहा जाता है। ऐसे डायोड के लिए सामग्री आमतौर पर सिलिकॉन या गैलियम आर्सेनाइड होती है। रिवर्स करंट की मजबूत तापमान निर्भरता के कारण जर्मेनियम का व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है। 5 kHz तक प्रत्यावर्ती धारा को सुधारने के लिए सिलिकॉन मिश्र धातु डायोड का उपयोग किया जाता है। सिलिकॉन प्रसार डायोड 100 kHz तक की उच्च आवृत्तियों पर काम कर सकते हैं। एक धातु सब्सट्रेट (एक Schottky बाधा के साथ) के साथ सिलिकॉन एपिटैक्सियल डायोड का उपयोग 500 kHz तक की आवृत्तियों पर किया जा सकता है। गैलियम आर्सेनाइड डायोड कई मेगाहर्ट्ज तक आवृत्ति रेंज में काम करने में सक्षम हैं।

डायोड का संचालन एक इलेक्ट्रॉन-छेद संक्रमण के उपयोग पर आधारित है - विभिन्न प्रकार की विद्युत चालकता के दो क्षेत्रों के बीच सामग्री की एक पतली परत - एनऔर पी. इस संक्रमण की मुख्य संपत्ति असममित विद्युत चालकता है, जिसमें क्रिस्टल एक दिशा में प्रवाहित होता है और दूसरी दिशा में नहीं जाता है। इलेक्ट्रॉन-छेद संक्रमण का उपकरण चित्र 1.1, ए में दिखाया गया है। इसका एक भाग डोनर अशुद्धता के साथ डोप किया गया है और इसमें इलेक्ट्रॉनिक चालकता है ( एन-क्षेत्र); दूसरा, एक स्वीकर्ता अशुद्धता के साथ डोप किया गया है, जिसमें छिद्र चालकता है ( पी-क्षेत्र)। क्षेत्रों में वाहक सांद्रता तेजी से भिन्न होती है। इसके अलावा, दोनों भागों में अल्पसंख्यक वाहकों की एक छोटी सांद्रता होती है।

चित्र 1.1। पीएनसंक्रमण:

ए - डिवाइस, बी - स्पेस चार्ज

में इलेक्ट्रॉन एन- क्षेत्रों में घुसने की प्रवृत्ति होती है पी- वह क्षेत्र जहाँ इलेक्ट्रॉन की सांद्रता बहुत कम होती है। इसी तरह, छेद पी-क्षेत्रों को ले जाया जाता है एन-क्षेत्र। विपरीत आवेशों के आने वाले संचलन के परिणामस्वरूप, एक तथाकथित विसरण धारा उत्पन्न होती है। इंटरफ़ेस से गुजरने वाले इलेक्ट्रॉन और छेद, विपरीत आवेशों को पीछे छोड़ देते हैं, जो विसरण धारा के आगे के मार्ग को रोकते हैं। नतीजतन, गतिशील संतुलन सीमा पर स्थापित होता है, और बंद होने पर पी- और एन- जिन क्षेत्रों में सर्किट में कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है। संक्रमण में स्पेस चार्ज घनत्व का वितरण चित्र 1.1, बी में दिखाया गया है। इस मामले में, इंटरफ़ेस पर क्रिस्टल के अंदर एक स्वयं का विद्युत क्षेत्र E oct होता है। , जिसकी दिशा चित्र 1.1, ए में दिखाई गई है। इसकी तीव्रता इंटरफ़ेस पर अधिकतम होती है, जहां अंतरिक्ष आवेश के संकेत में अचानक परिवर्तन होता है। और फिर अर्धचालक तटस्थ है।

संभावित बाधा ऊंचाई पीएनसंक्रमण संपर्क संभावित अंतर द्वारा निर्धारित किया जाता है एन- और पी-क्षेत्र, जो बदले में, उनमें अशुद्धियों की सांद्रता पर निर्भर करता है:

, (1.1)

थर्मल क्षमता कहां है, एन नहींऔर पीपीइलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की सांद्रता हैं एन- और पी-क्षेत्र, मैंअनडॉप्ड सेमीकंडक्टर में आवेश वाहकों की सांद्रता है।

जर्मेनियम के लिए संपर्क संभावित अंतर 0.6 ... 0.7 V है, और सिलिकॉन के लिए - 0.9 ... 1.2 V है। बाहरी वोल्टेज को लागू करके संभावित बाधा की ऊंचाई को बदला जा सकता है पीएनसंक्रमण। यदि बाहरी वोल्टेज का क्षेत्र आंतरिक के साथ मेल खाता है, तो संभावित अवरोध की ऊंचाई बढ़ जाती है; जब लागू वोल्टेज को उलट दिया जाता है, तो बाधा की ऊंचाई कम हो जाती है। यदि लागू वोल्टेज संपर्क संभावित अंतर के बराबर है, तो संभावित बाधा पूरी तरह से गायब हो जाती है।

इसलिए, यदि कोई बाहरी वोल्टेज संभावित अवरोध को कम करता है, तो इसे प्रत्यक्ष कहा जाता है, और यदि यह इसे बढ़ाता है, तो इसे रिवर्स कहा जाता है।

एक आदर्श डायोड का प्रतीक और करंट-वोल्टेज विशेषता (CVC) चित्र 1.2 में दिखाया गया है।

जिस आउटपुट पर सकारात्मक क्षमता को लागू किया जाना चाहिए उसे एनोड कहा जाता है, नकारात्मक क्षमता वाले आउटपुट को कैथोड कहा जाता है (चित्र 1.2, ए)। प्रवाहकीय दिशा में एक आदर्श डायोड का प्रतिरोध शून्य होता है। गैर-प्रवाहकीय दिशा में - एक असीम रूप से बड़ा प्रतिरोध (चित्र। 1.2, बी)।

अंजीर। 1.2। प्रतीक (ए) और सीवीसी

आदर्श डायोड विशेषता (बी)

अर्धचालकों में आर-प्रकार, छिद्र मुख्य वाहक हैं। एक स्वीकर्ता अशुद्धता के परमाणुओं को पेश करके होल विद्युत चालकता बनाई गई थी। इनकी संयोजकता अर्धचालक परमाणुओं की संयोजकता से एक कम होती है। इस मामले में, अशुद्धता परमाणु अर्धचालक इलेक्ट्रॉनों को पकड़ते हैं और छेद बनाते हैं - मोबाइल चार्ज वाहक।

अर्धचालकों में एन-टाइप मुख्य वाहक इलेक्ट्रॉन हैं। इलेक्ट्रॉनिक विद्युत चालकता दाता अशुद्धता परमाणुओं को पेश करके बनाई गई है। इनकी संयोजकता अर्धचालक परमाणुओं की संयोजकता से एक अधिक होती है। अर्धचालक परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंधन बनाते हुए, अशुद्धता परमाणु 1 इलेक्ट्रॉन का उपयोग नहीं करते हैं, जो मुक्त हो जाता है। परमाणु स्वयं स्थिर धनात्मक आयन बन जाते हैं।

यदि किसी वोल्टेज स्रोत को डायोड के बाहरी टर्मिनलों से आगे की दिशा में जोड़ा जाता है, तो यह वोल्टेज स्रोत in . बनाएगा जिला Seoniसंक्रमण विद्युत क्षेत्र आंतरिक की ओर निर्देशित। परिणामी क्षेत्र कम हो जाएगा। यह प्रसार प्रक्रिया शुरू करेगा। डायोड परिपथ में एक दिष्ट धारा प्रवाहित होगी। बाहरी वोल्टेज का मूल्य जितना अधिक होगा, आंतरिक क्षेत्र का मूल्य उतना ही छोटा होगा, अवरुद्ध परत जितनी संकरी होगी, आगे की धारा का मूल्य उतना ही अधिक होगा। बाहरी वोल्टेज में वृद्धि के साथ, प्रत्यक्ष वर्तमान तेजी से बढ़ता है (चित्र। 1.3)। जब बाहरी तनाव का एक निश्चित मूल्य पहुंच जाता है, तो बाधा परत की चौड़ाई घटकर शून्य हो जाएगी। आगे की धारा केवल वॉल्यूम प्रतिरोध द्वारा सीमित होगी और वोल्टेज बढ़ने पर रैखिक रूप से बढ़ेगी।

चित्र.1.3. एक वास्तविक डायोड की IV विशेषता

इस मामले में, डायोड में वोल्टेज ड्रॉप एक आगे वोल्टेज ड्रॉप है। इसका मूल्य छोटा है और सामग्री पर निर्भर करता है:

जर्मेनियम जीई: यू प्रो= (0.3 - 0.4) वी;

सिलिकॉन सि: यू प्रो\u003d (0.6 - 1) वी।

यदि आप बाहरी वोल्टेज की ध्रुवीयता को बदलते हैं, तो इस स्रोत का विद्युत क्षेत्र आंतरिक के साथ मेल खाएगा। परिणामी क्षेत्र बढ़ेगा, बाधा परत की चौड़ाई बढ़ेगी, और आदर्श रूप से विपरीत दिशा में कोई धारा प्रवाहित नहीं होगी; लेकिन चूंकि अर्धचालक आदर्श नहीं होते हैं और मुख्य मोबाइल वाहकों के अतिरिक्त छोटी संख्या में छोटे होते हैं, परिणामस्वरूप, एक रिवर्स करंट उत्पन्न होता है। इसका मान अल्पसंख्यक वाहकों की सांद्रता पर निर्भर करता है और आमतौर पर कुछ से दसियों माइक्रोएम्पियर होता है।

अल्पसंख्यक वाहकों की सांद्रता प्रमुख वाहकों की सांद्रता से कम होती है, इसलिए रिवर्स करंट छोटा होता है। इस करंट का परिमाण रिवर्स वोल्टेज के परिमाण पर निर्भर नहीं करता है। सिलिकॉन रिवर्स करंट जर्मेनियम की तुलना में कम परिमाण के कई ऑर्डर हैं, लेकिन सिलिकॉन डायोड में उच्च वोल्टेज ड्रॉप होता है। अल्पसंख्यक वाहकों की सांद्रता तापमान पर निर्भर करती है, और जैसे-जैसे यह बढ़ती है, रिवर्स करंट बढ़ता है, इसलिए इसे थर्मल करंट I o कहा जाता है:

मैं ओ (टी) \u003d मैं ओ (टी ओ)ई ए डी टी,

डीटी = टी-टी ओ; और जीई = 0.09k -1; और सी \u003d 0.13k -1; मैं ओजी >> आई ओएसआई। .

एक अनुमानित सूत्र है

मैं ओ (टी)=मैं ओ (टी ओ)2 टी * ,

कहाँ पे टी *- तापमान वृद्धि, जो तापीय धारा के दोगुने से मेल खाती है,

टी * जीई=8...10 ओ सी; टी*सी=6 डिग्री सेल्सियस।

वीएसी के लिए विश्लेषणात्मक अभिव्यक्ति आर-पीसंक्रमण जैसा दिखता है:

, (1.2)

कहाँ पे यूलागू बाहरी वोल्टेज है।

20 डिग्री सेल्सियस के तापमान के लिए φ टी = 0.025 वी।

थर्मल करंट में वृद्धि और संभावित अवरोध में कमी के कारण तापमान में वृद्धि के साथ, अर्धचालक परतों के प्रतिरोध में कमी, उच्च धाराओं के क्षेत्र में I-V विशेषता की सीधी शाखा का एक बदलाव होता है। . अर्धचालकों का आयतन प्रतिरोध घटता है एनऔर आर. नतीजतन, आगे वोल्टेज ड्रॉप कम होगा। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, बड़े और छोटे वाहकों की सांद्रता के बीच अंतर में कमी के कारण, बाधा परत की संभावित बाधा कम हो जाती है, जिससे भी कमी आएगी यू प्रो, चूंकि बैरियर परत कम वोल्टेज पर गायब हो जाएगी।

एक ही करंट अलग-अलग फॉरवर्ड वोल्टेज (चित्र। 1.4) के अनुरूप होगा, जिससे डीयू का अंतर बनता है,

कहाँ पे इ- वोल्टेज का तापमान गुणांक।

यदि डायोड के माध्यम से करंट स्थिर है, तो डायोड के आर-पार वोल्टेज कम हो जाएगा। तापमान में एक डिग्री की वृद्धि के साथ, आगे वोल्टेज ड्रॉप 2 एमवी कम हो जाता है।

चावल। 1.4. वीएसी आर-पीअंजीर में संक्रमण 1.5. जर्मेनियम का सीवीसी और

सिलिकॉन डायोड के विभिन्न तापमान

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, करंट-वोल्टेज विशेषता की रिवर्स ब्रांच नीचे शिफ्ट हो जाती है (चित्र। 1.4)। जर्मेनियम डायोड के लिए ऑपरेटिंग तापमान रेंज 80 डिग्री सेल्सियस है, सिलिकॉन डायोड के लिए 150 डिग्री सेल्सियस है।

जर्मेनियम और सिलिकॉन डायोड की IV विशेषताओं को चित्र 1.5 में दिखाया गया है।

विभेदक प्रतिरोध आर-पीसंक्रमण (चित्र। 1.6):

(1.3)

बढ़ते करंट के साथ आर डी- घटता है।

अंजीर। 1.6। अंतर की परिभाषा

डायोड प्रतिरोध

डीसी प्रतिरोध आर-पीसंक्रमण: ।

डीसी प्रतिरोध को मूल बिंदु से किसी दिए गए बिंदु तक खींची गई सीधी रेखा के झुकाव के कोण के गुणांक की विशेषता है। यह प्रतिरोध धारा के परिमाण पर भी निर्भर करता है: I बढ़ने के साथ, प्रतिरोध कम हो जाता है . आर गे< R Si .

अर्धचालक डायोड की IV विशेषता एक आदर्श डायोड की IV विशेषता से कुछ भिन्न होती है। तो, क्रिस्टल की सतह पर करंट के रिसाव के कारण, वास्तविक रिवर्स करंट थर्मल करंट से अधिक होगा। तदनुसार, एक वास्तविक डायोड का विपरीत प्रतिरोध एक आदर्श डायोड से कम होता है। आर-पीसंक्रमण।

फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप आदर्श से अधिक है आर-पीसंक्रमण। यह अर्धचालक परतों में वोल्टेज ड्रॉप के कारण है। आरऔर पीप्रकार। इसके अलावा, वास्तविक डायोड में परतों में से एक आरया पीअन्य की तुलना में प्रमुख वाहकों की उच्च सांद्रता है। बहुसंख्यक वाहकों की उच्च सांद्रता वाली परत को उत्सर्जक कहा जाता है, इसका प्रतिरोध नगण्य होता है। बहुसंख्यक वाहकों की कम सांद्रता वाली परत को आधार कहा जाता है। इसका काफी विरोध है।

आगे वोल्टेज ड्रॉप में वृद्धि बेस प्रतिरोध में वोल्टेज ड्रॉप के कारण होती है।

अर्धचालक डायोड वाले इलेक्ट्रॉनिक सर्किट की गणना करने के लिए, उन्हें समकक्ष सर्किट के रूप में प्रस्तुत करना आवश्यक हो जाता है। एक अर्धचालक डायोड का समतुल्य परिपथ जिसमें उसके CVC का एक टुकड़ावार रैखिक सन्निकटन होता है, चित्र 1.7 में दिखाया गया है। चित्र 1.8 एक आदर्श डायोड की I-V विशेषताओं और एक आदर्श की I-V विशेषताओं का उपयोग करते हुए समतुल्य परिपथों को दर्शाता है पीएनसंक्रमण ( आर डीडायोड का प्रतिरोध है, आरडायोड का रिसाव प्रतिरोध है)।

चित्र 1.7। एक डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता का अनुमान

रैखिक खंड

चित्र 1.8। I-V विशेषताओं का उपयोग करके डायोड को बदलना

आदर्श डायोड (ए) और सीवीसी आदर्श पीएनसंक्रमण (बी)

एक लोड के साथ एक सर्किट में डायोड का संचालन।एक डायोड और एक रोकनेवाला के साथ सबसे सरल सर्किट पर विचार करें, और इसके इनपुट पर एक द्विध्रुवी वोल्टेज की क्रिया (चित्र। 1.9) पर विचार करें। सर्किट तत्वों पर वोल्टेज वितरण का पैटर्न लोड लाइनों (छवि 1.10) की स्थिति से निर्धारित होता है - डायोड के सीवीसी के ग्राफ पर, दो बिंदुओं को वोल्टेज अक्ष के साथ दोनों दिशाओं में निर्धारित किया जाता है, द्वारा निर्धारित किया जाता है +उमऔर -यू एमआपूर्ति वोल्टेज, जो एक छोटे लोड के साथ डायोड में वोल्टेज से मेल खाती है आर नहीं, और धाराएं दोनों दिशाओं में वर्तमान अक्ष पर जमा होती हैं यू एम / आर एनऔर - यू एम / आर एन, जो एक छोटे डायोड से मेल खाती है। ये दो बिंदु जोड़े में सीधी रेखाओं से जुड़े होते हैं, जिन्हें भार कहा जाता है। लोड लाइन चौराहों आर नहींशाखाओं के साथ पहले और तीसरे चतुर्थांश में

आपूर्ति वोल्टेज के प्रत्येक चरण के लिए डायोड की I-V विशेषताओं के अनुरूप है

चावल। 1.9. डायोड और अंजीर के साथ सर्किट। 1.10. लोड के साथ सीवीसी डायोड

प्रत्यक्ष भार

उनकी समान धाराएं (जो श्रृंखला में जुड़े होने पर आवश्यक होती हैं) और ऑपरेटिंग बिंदुओं की स्थिति निर्धारित करती हैं।

सकारात्मक आधा लहर यू>0, यू=उम.

यह ध्रुवता डायोड के लिए प्रत्यक्ष है। करंट और वोल्टेज हमेशा करंट-वोल्टेज विशेषता को संतुष्ट करेंगे:

,

के अतिरिक्त:

यू डी \u003d यू एम - आई डी आर एच;

पर आई डी \u003d 0, यू डी \u003d यू एम;

पर यू डी \u003d 0, आई डी \u003d यू एम / आर एच;

सीधे कनेक्शन के साथ यू एम >> यू पीआर(चित्र 1.10)।

व्यावहारिक अनुप्रयोग में यू प्रो>0 (यू प्रो- आगे वोल्टेज) जब डायोड खुला होता है। जब डायोड आगे की दिशा में संचालित होता है, तो इसके आर-पार वोल्टेज न्यूनतम होता है - ( जीई-0.4 वी; सि-0.7 वी), और इसे लगभग शून्य के बराबर माना जा सकता है। तब करंट अधिकतम होगा।

चित्र 1.11. लोड के साथ डायोड सर्किट में वोल्टेज और करंट सिग्नल

.

नकारात्मक आधा लहर यू<0, U= -U m .

डायोड की विशेषता समान होती है, परंतु

यू डी \u003d -यू एम -आई डी आर एच,;

आई डी \u003d 0, यू डी \u003d यू एम;

यू डी = 0, आई डी = यू एम /आर एच; यू हू<

क्षमता आर-पीसंक्रमण।चालू होने पर आर-पीविपरीत दिशा में संक्रमण, साथ ही क्षेत्र में छोटे आगे के वोल्टेज पर आर-पीसंक्रमण में एक दोहरी विद्युत परत होती है: in आरक्षेत्र - नकारात्मक, में पीक्षेत्र - सकारात्मक।

इस परत में एक असम्पीडित आवेश के संचय से एक समाई का आभास होता है आर-पीसंक्रमण, जिसे बैरियर कैपेसिटेंस कहा जाता है। यह चित्र 1.12 के अनुसार बाहरी वोल्टेज में परिवर्तन के साथ संचित आवेश में परिवर्तन की विशेषता है। सी बी \u003d डीक्यू / डीयू .

चावल। 1.12. बैरियर कैपेसिटेंस निर्भरता

रिवर्स वोल्टेज से।

बैरियर क्षमता ज्यामितीय आयामों पर निर्भर करती है आर-पीसंक्रमण। वृद्धि के साथ यू अरेचौड़ाई आर-पीसंक्रमण बढ़ता है, और समाई घट जाती है।

जब डायोड को आगे की दिशा में चालू किया जाता है, तो बाधा समाई व्यावहारिक रूप से गायब हो जाती है, और डायोड की आधार परत में, उत्सर्जक से स्थानांतरित अल्पसंख्यक वाहक जमा हो जाते हैं। चार्ज का यह संचय एक समाई प्रभाव भी बनाता है, जिसे प्रसार समाई कहा जाता है। सी डीआमतौर पर अधिक सी बी.

प्रसार क्षमता निर्धारित है सी डी \u003d डीक्यू डी / डीयू.

ये कैपेसिटेंस उच्च आवृत्तियों पर डायोड के संचालन को प्रभावित करते हैं। क्षमता आर-पीसंक्रमण समतुल्य परिपथ में शामिल है (चित्र 1.13)।

चावल। 1.13. डायोड समतुल्य परिपथों की धारिता को ध्यान में रखते हुए:

ए - बाधा समाई; बी - प्रसार क्षमता

डायोड में क्षणिक प्रक्रियाएं।जब डायोड उच्च-आवृत्ति संकेतों (1-10 मेगाहर्ट्ज) के साथ काम करते हैं, तो गैर-प्रवाहकीय अवस्था से प्रवाहकीय अवस्था में संक्रमण की प्रक्रिया और इसके विपरीत संक्रमण में समाई की उपस्थिति के कारण, संचय के कारण तुरंत नहीं होती है डायोड के आधार में आवेशों का।

चित्र 1.14 डायोड के माध्यम से धाराओं में परिवर्तन और आपूर्ति वोल्टेज के आयताकार दालों के साथ भार के समय आरेख दिखाता है। डायोड सर्किट में कैपेसिटेंस दालों के अग्रणी और अनुगामी किनारों को विकृत करते हैं, जिससे अवशोषण समय प्रकट होता है टीपी.

किसी विशेष सर्किट के लिए डायोड चुनते समय, इसकी आवृत्ति गुणों और गति को ध्यान में रखना चाहिए।

चावल। 1.14. क्षणिक प्रक्रियाओं पर

स्विचिंग डायोड:

टी f1- संक्रमण के अग्रणी किनारे की अवधि;

टी f2- अनुगामी किनारे की अवधि;

टीपी- विघटन का समय।

टूट - फूट आर-पीसंक्रमण।डायोड का रिवर्स वोल्टेज मनमाने ढंग से बड़े मूल्य तक नहीं बढ़ सकता है। कुछ रिवर्स वोल्टेज पर, प्रत्येक प्रकार के डायोड की विशेषता, रिवर्स करंट में तेज वृद्धि होती है। इस प्रभाव को ट्रांजिशन ब्रेकडाउन कहा जाता है। ब्रेकडाउन कई प्रकार के होते हैं (चित्र 1.15):

1 - हिमस्खलन टूटना, जब गैर-मुख्य वाहकों के हिमस्खलन गुणन के कारण रिवर्स करंट में वृद्धि होती है;

चावल। 1.15. विभिन्न प्रकार के ब्रेकडाउन के लिए सीवीसी

2-सुरंग का टूटना, जब सुरंग के प्रभाव के कारण संभावित अवरोध और अवरुद्ध परत पर काबू पाना होता है।

हिमस्खलन और सुरंग के टूटने के दौरान, निरंतर रिवर्स वोल्टेज पर रिवर्स करंट बढ़ता है।

ये बिजली के ब्रेकडाउन हैं। वे प्रतिवर्ती हैं। हटाने के बाद यू अरेडायोड अपने गुणों को पुनः प्राप्त करता है।

3- थर्मल ब्रेकडाउन, यह तब होता है जब गर्मी की मात्रा जारी की जाती है आर-पीजंक्शन, डायोड की सतह से पर्यावरण को अधिक गर्मी दी जाती है। हालांकि, बढ़ते तापमान के साथ आर-पीसंक्रमण, अल्पसंख्यक वाहकों की सांद्रता बढ़ जाती है, जिससे रिवर्स करंट में और भी अधिक वृद्धि होती है, जो बदले में, तापमान में वृद्धि की ओर ले जाती है, आदि। चूंकि जर्मेनियम के आधार पर बने डायोड के लिए, मुझे पता हैसिलिकॉन आधारित डायोड की तुलना में अधिक है, तो पूर्व के लिए, थर्मल टूटने की संभावना बाद वाले की तुलना में अधिक है। इसलिए, सिलिकॉन डायोड के लिए अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान जर्मेनियम वाले (75 o ... 90 o C) की तुलना में अधिक (150 o ... 200 o C) है।

इस टूटने के साथ आर-पीसंक्रमण नष्ट हो जाता है।

परीक्षण प्रश्न।

1. अर्धचालक डायोड क्या है? एक आदर्श और वास्तविक डायोड की करंट-वोल्टेज विशेषता?

2. सेमीकंडक्टर डायोड बनाने के लिए किस सामग्री का उपयोग किया जाता है? अर्धचालक सब्सट्रेट में एक या दूसरे प्रकार की चालकता के क्षेत्र कैसे बनाएं?

3. सीमा पर क्रिस्टल में आंतरिक विद्युत क्षेत्र क्या है पी-एन-संक्रमण? बाहरी वोल्टेज लागू होने पर यह कैसे बदलता है?

4. क्या एकतरफा चालन के प्रभाव की व्याख्या करता है पी-एन-अर्धचालक में संधि?

5. वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं पीएनबाहरी तापमान में परिवर्तन होने पर जर्मेनियम और सिलिकॉन डायोड के लिए संक्रमण?

6. डायोड का अंतर प्रतिरोध कैसे निर्धारित किया जाता है?

7. लोड स्ट्रेट लाइन वाले डायोड की करंट-वोल्टेज विशेषताओं का निर्माण कैसे किया जाता है?

8. डायोड के बैरियर और डिफ्यूजन कैपेसिटेंस के बनने की क्रियाविधि की व्याख्या करें? वे एसी सर्किट में डायोड के संचालन को कैसे प्रभावित करते हैं?

व्याख्यान 2 विशेष प्रकार