Ito ay lubos na nakasalalay sa konsentrasyon ng mga impurities. Ang mga semiconductor na ang mga katangian ng electrophysical ay nakasalalay sa mga impurities ng iba pang mga elemento ng kemikal ay tinatawag na impurity semiconductors. Mayroong dalawang uri ng impurities, donor at acceptor.

Donor tinatawag ang isang karumihan, ang mga atomo nito ay nagbibigay sa semiconductor ng mga libreng electron, at ang electrical conductivity na nakuha sa kasong ito, na nauugnay sa paggalaw ng mga libreng electron, ay elektroniko. Ang isang semiconductor na may electronic conductivity ay tinatawag na electronic semiconductor at conventionally na tinutukoy ng Latin na titik n - ang unang titik ng salitang "negatibo".

Isaalang-alang natin ang proseso ng pagbuo ng electronic conductivity sa isang semiconductor. Kinukuha namin ang silikon bilang pangunahing materyal na semiconductor (ang mga semiconductor ng silikon ang pinakakaraniwan). Ang Silicon (Si) ay may apat na electron sa panlabas na orbit ng atom, na tumutukoy sa mga katangian ng electrophysical nito (iyon ay, gumagalaw sila sa ilalim ng impluwensya ng boltahe upang lumikha ng isang electric current). Kapag ang arsenic (As) impurity atoms ay ipinakilala sa silicon, na mayroong limang electron sa panlabas na orbit, apat na electron ang nakikipag-ugnayan sa apat na electron ng silicon, na bumubuo ng covalent bond, at ang ikalimang electron ng arsenic ay nananatiling libre. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, madali itong humiwalay sa atom at nakakakuha ng pagkakataong lumipat sa sangkap.

tumanggap Ang isang karumihan ay tinatawag na isang karumihan na ang mga atomo ay tumatanggap ng mga electron mula sa mga atomo ng pangunahing semiconductor. Ang nagresultang electrical conductivity, na nauugnay sa paggalaw ng mga positibong singil - mga butas, ay tinatawag na butas. Ang semiconductor na may hole electrical conductivity ay tinatawag na hole semiconductor at conventionally na tinutukoy ng Latin na letrang p - ang unang titik ng salitang "positibo".

Isaalang-alang natin ang proseso ng pagbuo ng conductivity ng butas. kapag ang indium (In) impurity atoms ay ipinapasok sa silicon, na mayroong tatlong electron sa panlabas na orbit, nagbubuklod sila sa tatlong electron ng silicon, ngunit ang bono na ito ay lumalabas na hindi kumpleto: kulang ang isa pang electron upang mag-bond sa ikaapat na electron ng silikon. Ang impurity atom ay nakakabit sa nawawalang electron mula sa isa sa mga kalapit na atoms ng pangunahing semiconductor, pagkatapos nito ay nagiging bound sa lahat ng apat na kalapit na atoms. Dahil sa pagdaragdag ng isang elektron, nakakakuha ito ng labis na negatibong singil, iyon ay, nagiging negatibong ion. Kasabay nito, ang semiconductor atom, kung saan ang ikaapat na elektron ay umalis para sa impurity atom, ay lumalabas na konektado sa mga kalapit na atomo sa pamamagitan lamang ng tatlong electron. kaya, mayroong labis na positibong singil at lumilitaw ang isang hindi napunong bono, iyon ay butas.

Ang isa sa mga mahalagang katangian ng isang semiconductor ay na sa pagkakaroon ng mga butas, ang isang kasalukuyang ay maaaring dumaan dito, kahit na walang mga libreng electron sa loob nito. Ito ay dahil sa kakayahan ng mga butas na lumipat mula sa isang semiconductor atom patungo sa isa pa.

Paglipat ng "mga butas" sa isang semiconductor

Sa pamamagitan ng pagpapasok ng isang donor impurity sa isang bahagi ng isang semiconductor at isang acceptor impurity sa isa pang bahagi, posible na makakuha ng mga rehiyon na may electron at hole conductivity dito. Ang tinatawag na electron-hole transition ay nabuo sa hangganan sa pagitan ng mga rehiyon ng electronic at hole conduction.

P-N junction

Isaalang-alang ang mga prosesong nagaganap kapag dumaan ang kasalukuyang paglipat ng electron-hole. Ang kaliwang layer, na may label na n, ay electronically conductive. Ang kasalukuyang nasa loob nito ay nauugnay sa paggalaw ng mga libreng electron, na conventionally na ipinahiwatig ng mga bilog na may minus sign. Ang kanang layer, na tinutukoy ng titik p, ay may butas na conductivity. Ang kasalukuyang sa layer na ito ay nauugnay sa paggalaw ng mga butas, na ipinahiwatig ng mga bilog na may "plus" sa figure.

Paggalaw ng mga electron at butas sa direktang pagpapadaloy ng rehimen

Ang paggalaw ng mga electron at butas sa reverse conduction na rehimen.

Kapag ang mga semiconductor na may iba't ibang uri ng conductivity ay nakipag-ugnayan, ang mga electron ay dahil sa pagsasabog ay magsisimulang lumipat sa p-rehiyon, at mga butas - sa n-rehiyon, bilang isang resulta kung saan ang boundary layer ng n-rehiyon ay positibong sinisingil, at ang hangganan na layer ng p-rehiyon ay negatibong sisingilin. Ang isang electric field ay lumitaw sa pagitan ng mga rehiyon, na kung saan ay, tulad ng mga hadlang para sa pangunahing kasalukuyang mga carrier, dahil sa kung saan ang isang rehiyon na may pinababang konsentrasyon ng singil ay nabuo sa p-n junction. Ang electric field sa p-n junction ay tinatawag na potential barrier, at ang p-n junction ay tinatawag na blocking layer. Kung ang direksyon ng panlabas na electric field ay kabaligtaran sa direksyon ng patlang ng p-n junction ("+" sa p-region, "-" sa n-rehiyon), kung gayon ang potensyal na hadlang ay bumababa, ang konsentrasyon ng mga singil sa p-n junction ay tumataas, ang lapad at, samakatuwid, ang transition resistance ay bumababa. Kapag ang polarity ng pinagmulan ay binago, ang panlabas na electric field ay tumutugma sa direksyon ng field ng p-n junction, ang lapad at paglaban ng junction ay tumataas. Samakatuwid, ang p-n junction ay may mga katangian ng balbula.

semiconductor diode

diode tinatawag na electrically converting semiconductor device na may isa o higit pang p-n junction at dalawang lead. Depende sa pangunahing layunin at ang hindi pangkaraniwang bagay na ginamit sa p-n junction, mayroong ilang mga pangunahing functional na uri ng semiconductor diodes: rectifier, high-frequency, pulse, tunnel, zener diodes, varicaps.

Basic mga katangian ng semiconductor diodes ay ang kasalukuyang-boltahe na katangian (VAC). Para sa bawat uri ng semiconductor diode, ang katangian ng I–V ay may ibang anyo, ngunit lahat sila ay batay sa katangian ng I–V ng isang junction rectifier diode, na may anyo:

Kasalukuyang-boltahe na katangian (CVC) ng diode: 1 - direktang kasalukuyang-boltahe na katangian; 2 - reverse kasalukuyang-boltahe na katangian; 3 - lugar ng pagkasira; 4 - rectilinear approximation ng direktang kasalukuyang-boltahe na katangian; Sa itaas ay ang threshold boltahe; rdyn ay dynamic na pagtutol; Uprob - pagkasira ng boltahe

Ang sukat sa kahabaan ng y-axis para sa mga negatibong halaga ng mga alon ay pinili nang maraming beses na mas malaki kaysa sa mga positibo.

Ang kasalukuyang-boltahe na mga katangian ng mga diode ay dumadaan sa zero, ngunit ang isang sapat na kapansin-pansing kasalukuyang lilitaw lamang kapag boltahe ng threshold(U noon), na para sa germanium diodes ay 0.1 - 0.2 V, at para sa silicon diodes ito ay 0.5 - 0.6 V. Sa rehiyon ng mga negatibong halaga ng boltahe​​sa diode, sa medyo mababang boltahe na (U arr. ) nangyayari baligtarin ang kasalukuyang(I arr). Ang kasalukuyang ito ay nilikha ng mga carrier ng minorya: mga electron ng p-rehiyon at mga butas ng n-rehiyon, ang paglipat kung saan mula sa isang rehiyon patungo sa isa pa ay pinadali ng isang potensyal na hadlang malapit sa interface. Sa isang pagtaas sa reverse boltahe, ang isang pagtaas sa kasalukuyang ay hindi nangyayari, dahil ang bilang ng mga carrier ng minorya na lumilitaw sa hangganan ng paglipat sa bawat yunit ng oras ay hindi nakasalalay sa boltahe na inilapat mula sa labas, kung ito ay hindi masyadong malaki. Ang reverse current para sa mga diode ng silicon ay ilang mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa mga germanium. Karagdagang pagtaas sa reverse boltahe sa pagkasira ng boltahe(U sample) ay humahantong sa ang katunayan na ang mga electron mula sa valence band ay pumasa sa conduction band, mayroong epekto ng zener. Sa kasong ito, ang reverse current ay tumataas nang husto, na nagiging sanhi ng pag-init ng diode at ang karagdagang pagtaas sa kasalukuyang ay humahantong sa thermal breakdown at pagkasira ng p-n junction.

Ang pagtatalaga at kahulugan ng pangunahing mga de-koryenteng parameter ng diodes

Ang pagtatalaga ng semiconductor diode

Tulad ng nabanggit kanina, ang diode ay nagsasagawa ng kasalukuyang sa isang direksyon (ibig sabihin, sa isip, ito ay isang konduktor lamang na may mababang pagtutol), sa kabilang direksyon ay hindi ito (i.e., ito ay nagiging isang konduktor na may napakataas na pagtutol), sa isang salita , mayroon itong unilateral na pagpapadaloy. Alinsunod dito, mayroon lamang siyang dalawang konklusyon. Ang mga ito, gaya ng nakagawian mula noong panahon ng teknolohiya ng lampara, ay tinatawag anode(positibong konklusyon) at katod(negatibo).

Ang lahat ng semiconductor diodes ay maaaring nahahati sa dalawang grupo: rectifier at espesyal. Rectifier Diodes, gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ay idinisenyo upang itama ang alternating current. Depende sa dalas at hugis ng alternating boltahe, nahahati sila sa high-frequency, low-frequency at pulse. Espesyal ang mga uri ng semiconductor diodes ay gumagamit ng iba't ibang katangian ng p-n junctions; kababalaghan ng pagkasira, kapasidad ng hadlang, ang pagkakaroon ng mga lugar na may negatibong pagtutol, atbp.

Rectifier Diodes

Sa istruktura, ang mga rectifier diode ay nahahati sa planar at point, at ayon sa teknolohiya ng pagmamanupaktura, sa haluang metal, pagsasabog at epitaxial. Ang mga planar diode, dahil sa malaking lugar ng p-n junction, ay ginagamit upang ituwid mataas na agos. Ang mga point diode ay may maliit na lugar ng junction at, nang naaayon, ay idinisenyo para sa pagwawasto maliliit na agos. Upang mapataas ang boltahe ng pagkasira ng avalanche, ginagamit ang mga pole ng rectifier, na binubuo ng isang serye ng mga diode na konektado sa serye.

Ang mga high power rectifier diode ay tinatawag kapangyarihan. Ang materyal para sa mga naturang diode ay kadalasang silikon o gallium arsenide. Ang mga diode ng silikon na haluang metal ay ginagamit upang itama ang alternating current na may dalas na hanggang 5 kHz. Ang Silicon diffusion diodes ay maaaring gumana sa mas mataas na frequency, hanggang sa 100 kHz. Ang mga silicone epitaxial diode na may metal na substrate (na may Schottky barrier) ay maaaring gamitin sa mga frequency hanggang 500 kHz. Gallium arsenide diodes ay may kakayahang gumana sa hanay ng dalas hanggang sa ilang MHz.

Ang mga power diode ay karaniwang nailalarawan sa pamamagitan ng isang hanay ng mga static at dynamic na mga parameter. Upang mga static na parameter Kasama sa mga diode ang:

• pagbaba ng boltahe U CR sa diode sa isang tiyak na halaga ng direktang kasalukuyang;
• baligtarin ang kasalukuyang Nakarating ako sa isang tiyak na halaga ng reverse boltahe;
• ibig sabihin direktang kasalukuyang I pr.cf. ;
• pabigla-bigla baligtad na boltahe Arr. ;

Upang mga dynamic na parameter Ang diode ay ang mga katangian ng oras at dalas nito. Kasama sa mga opsyong ito ang:

• oras ng pagbawi t reverse boltahe;
• oras ng pagtaas direct current ako palabas. ;
• limitahan ang dalas nang hindi binabawasan ang mga mode ng diode f max .

Ang mga static na parameter ay maaaring itakda ayon sa kasalukuyang-boltahe na katangian ng diode.

Ang reverse recovery time ng diode tvos ay ang pangunahing parameter ng rectifier diodes, na nagpapakilala sa kanilang mga inertial properties. Natutukoy ito sa pamamagitan ng paglipat ng diode mula sa isang naibigay na pasulong na kasalukuyang I CR sa isang ibinigay na reverse boltahe U arr. Sa panahon ng paglipat, ang boltahe sa kabuuan ng diode ay nakakakuha ng kabaligtaran na halaga. Dahil sa pagkawalang-galaw ng proseso ng pagsasabog, ang kasalukuyang sa diode ay hindi agad huminto, ngunit sa paglipas ng panahon t nar. Sa esensya, mayroong isang resorption ng mga singil sa hangganan ng p-n junction (ibig sabihin, isang discharge ng katumbas na kapasidad). Ito ay sumusunod mula dito na ang mga pagkawala ng kuryente sa diode ay tumaas nang husto kapag ito ay naka-on, lalo na kapag ito ay naka-off. Kaya naman, pagkalugi sa diode pagtaas sa pagtaas ng dalas ng rectified boltahe.

Kapag nagbabago ang temperatura ng diode, nagbabago ang mga parameter nito. Ang pasulong na boltahe sa diode at ang reverse current nito ay higit na nakadepende sa temperatura. Humigit-kumulang, maaari nating ipagpalagay na ang TKN (voltage temperature coefficient) Upr \u003d -2 mV / K, at ang reverse current ng diode ay may positibong koepisyent. Kaya sa pagtaas ng temperatura para sa bawat 10 ° C, ang reverse current ng germanium diodes ay tumataas ng 2 beses, at silikon - 2.5 beses.

Diodes na may Schottky barrier

Para sa pagwawasto ng mga maliliit na boltahe ng mataas na dalas ay malawakang ginagamit schottky barrier diodes. Sa mga diode na ito, sa halip na isang p-n junction, isang metal surface contact ang ginagamit. Sa punto ng contact, lumilitaw ang mga layer ng semiconductor na naubos sa mga charge carrier, na tinatawag na mga shut-off layer. Ang mga diode na may Schottky barrier ay naiiba sa mga diode na may p-n junction sa mga sumusunod na paraan:

• higit pa mababang tuwid pagbaba ng boltahe;
• magkaroon ng higit pa mababang baligtad Boltahe;
• higit pa mataas na agos pagtagas;
• halos walang bayad baligtad na pagbawi.

Dalawang pangunahing katangian ang gumagawa ng mga diode na ito na kailangang-kailangan: mababang pasulong na pagbagsak ng boltahe at mabilis na pagbawi ng reverse boltahe. Bilang karagdagan, ang kawalan ng menor de edad na media na nangangailangan ng oras ng pagbawi ay nangangahulugan ng pisikal walang lugi upang ilipat ang diode mismo.

Ang maximum na boltahe ng modernong Schottky diodes ay halos 1200 V. Sa boltahe na ito, ang pasulong na boltahe ng Schottky diode ay mas mababa kaysa sa pasulong na boltahe ng mga diode na may p-n junction ng 0.2 ... 0.3 V.

Ang mga bentahe ng Schottky diode ay nagiging lalong kapansin-pansin kapag nagwawasto ng mga mababang boltahe. Halimbawa, ang isang 45-volt Schottky diode ay may pasulong na boltahe na 0.4 ... 0.6 V, at sa parehong kasalukuyang, ang isang p-n-junction diode ay may boltahe na drop ng 0.5 ... 1.0 V. Kapag ang reverse boltahe ay bumaba sa 15 V, ang pasulong na boltahe ay bumababa sa 0.3 ... 0.4 V. Sa karaniwan, ang paggamit ng Schottky diodes sa rectifier ay ginagawang posible upang mabawasan ang mga pagkalugi ng halos 10 ... 15%. Ang maximum na dalas ng pagpapatakbo ng Schottky diodes ay lumampas sa 200 kHz.

Ang teorya ay mabuti, ngunit walang praktikal na aplikasyon ito ay mga salita lamang.

Sa kasalukuyan, tatlong pangunahing grupo ng mga pamamaraan ang ginagamit upang gumawa ng mga junction sa gallium arsenide: diffusion, vapor phase epitaxy, at liquid phase epitaxy. Ang paraan ng fusing, na dating ginamit sa teknolohiya ng semiconductor, ay hindi na ginagamit sa teknolohiya ng PCD, dahil hindi ito gumagawa ng isang inukit at flat electron-hole transition at, samakatuwid, ay hindi angkop para sa paggawa ng mga laser diode. Samakatuwid, ngayon ang mga pangunahing pamamaraan para sa paggawa ng mga diode ng PCG ay pagsasabog at epitaxy.

8.3.1. Paraan ng pagsasabog

Ang teorya ng diffusion ay batay sa pag-aakalang ang mga atomo ng karumihan ay hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa panahon ng pagsasabog, at ang rate ng pagsasabog ay hindi nakasalalay sa kanilang konsentrasyon. Sa batayan ng pagpapalagay na ito, ang mga pangunahing equation ng diffusion - mga batas ni Fick - ay hinango. Tinukoy ng unang batas ni Fick ang diffusion flux bilang isang dami na proporsyonal sa gradient ng konsentrasyon (sa ilalim ng isothermal na kondisyon na may one-dimensional diffusion)

nasaan ang konsentrasyon ng nagkakalat na mga atomo; x - coordinate ng distansya; diffusion coefficient.

Tinutukoy ng pangalawang batas ni Fick ang rate ng diffusion

Batay sa mga batas na ito, mahahanap ng isa ang pamamahagi ng konsentrasyon ng karumihan sa isang semi-limitadong sample. Para sa kaso kapag ang paunang konsentrasyon sa karamihan ng kristal ay malapit sa zero, at ang konsentrasyon sa ibabaw ay at nananatiling pare-pareho, ang konsentrasyon ng karumihan pagkatapos ng oras x sa lalim x ay katumbas ng

Kung ang pagsasabog ay nangyayari mula sa isang manipis na layer na may kapal ng konsentrasyon ng karumihan bawat yunit

ibabaw, pagkatapos ay ang pamamahagi ng karumihan ay ipinahayag ng equation

Ang pagpapasiya ng mga profile ng konsentrasyon ng pamamahagi ng mga impurities sa sample ay isinasagawa alinman sa pamamagitan ng paraan ng radioactive tracers, o sa pamamagitan ng paraan ng probe ng pagsukat ng "pagkalat ng paglaban" kasama ang pahilig na hiwa ng sample.

Ang pagdepende sa temperatura ng diffusion coefficient ay may anyo

Gayunpaman, ang pag-asa na ito ay hindi palaging pinananatili sa binary semiconductors dahil sa mga paglihis mula sa batas ni Fick, dahil ang karumihan ay nakikipag-ugnayan sa isa sa mga bahagi ng tambalan o sa mga bakante na nabuo dahil sa pagsingaw ng isang pabagu-bagong bahagi sa panahon ng paghihiwalay ng tambalan. Minsan, bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng isang karumihan sa mga bahagi ng isang tambalan, ang mga bagong compound ay nabuo na mas matatag kaysa sa orihinal na binary semiconductor. Sa mga compound ng uri ng pagsasabog, ang pagsasabog ay nangyayari sa pamamagitan ng paggalaw ng mga atom sa mga site ng sublattice ng mga elemento ng mga pangkat III at V. Ang activation energy ng diffusion sa kasong ito ay depende sa uri ng sublattice, sa pamamagitan ng mga node kung saan nangyayari ang diffusion. Gayunpaman, ang mekanismong ito ay hindi lamang isa; posible, halimbawa, ay ang pagsasabog ng isang karumihan sa mga interstice. Ang pagsasabog ng iba't ibang mga impurities sa binary semiconductors ay isinasaalang-alang sa mga review. Ang data sa pagsasabog ng mga impurities sa gallium arsenide ay ibinibigay sa Talahanayan. 8.3.

Ang paggawa ng mga junction sa pamamagitan ng diffusion ay maaaring gawin sa pamamagitan ng diffusing ang parehong mga donor sa -type gallium arsenide at acceptors sa -type na materyal. Dahil ang diffusion ng mga donor ay napakabagal, ang diffusion ng mga acceptor ay karaniwang isinasagawa. Ang pinakakaraniwang dopants na ginagamit para sa paggawa ng iniksyon ay ang acceptor - zinc at ang donor - tellurium. Ang industriya ay gumagawa ng mga solong kristal ng gallium arsenide, na nilayon para sa paggawa ng PKG, doped na may tellurium sa mga konsentrasyon.

(i-click upang tingnan ang pag-scan)

mga konsentrasyon, tulad ng ipinapakita sa itaas, at pinakamainam. Ang isang paglipat ng electron-hole sa mga plato na pinutol mula sa mga nag-iisang kristal na ito ay ginawa ng zinc diffusion, na nagbibigay-daan, sa hindi masyadong mataas na temperatura, upang mabilis na makagawa ng isang paglipat sa anumang nais na lalim.

Ang mga gallium arsenide plate na ibinibigay para sa diffusion ay dapat na espesyal na inihanda. Una sa lahat, ang isang eroplano na may index (100) ay ipinahayag sa kristal sa pamamagitan ng X-ray na paraan. Pagkatapos ang kristal ay pinutol sa mga plato na kahanay sa crystallographic plane na ito. Ang pagpili ng eroplano ay tinutukoy ng mga sumusunod na pagsasaalang-alang. Ang mga kristal ng mga compound ay madaling nahati sa (110) eroplano. Sa kubiko na istraktura ng sphalerite, na katangian ng mga compound na ito, mayroong tatlong (110) eroplano na patayo sa (111) na eroplano at dalawang patayo (100). Kung ang (111) na eroplano ay pinili, ang tatsulok na PKG diode ay maaaring gawa-gawa.

Ang mga diode na may mga tipikal na Fabry-Perot resonator ay madaling gawa mula sa mga plate na gupitin parallel sa (100) na eroplano sa pamamagitan ng isang simpleng double cleavage sa kahabaan ng (110). Ang mga resonator planes na ito ay dapat na mahigpit na patayo sa hinaharap na paglipat, dahil ang kapal ng aktibong layer ng diode ay 1-2 microns lamang. Dahil dito, ang hindi gaanong mga paglihis ng resonator plane ay maaaring humantong sa paglabas ng radiation mula sa aktibong rehiyon. Upang matugunan ang pangangailangang ito, ang isang bahagi ng wafer ay dinidikdik na may 5 µm na pulbos na patayo sa mga cleaved plane bago ang diffusion. Ang ibabaw ng lupa ng plato ay manu-manong pinakintab sa salamin na may buli na pulbos (una 1 µm ang laki ng butil at pagkatapos ay 0.3 µm). Minsan ginagamit din ang chemical polishing.

Ang proseso ng pagsasabog ng zinc sa isang pinakintab na gallium arsenide plate ay isinasagawa alinman sa isang saradong dami (sa isang selyadong ampoule) o sa isang sistema ng daloy. Gayunpaman, mas madalas, isang saradong sistema ang ginagamit. Upang gawin ito, ang ampoule ay preliminarily pumped out sa isang natitirang presyon ng tungkol sa mm Hg. Art. Bilang pinagmumulan ng zinc, ang alinman sa elemental na zinc o mga compound nito ay kinukuha. Ang huli na compound ay pinaghalong solid phase, ang ratio

na pinili depende sa mga kondisyon ng temperatura ng pagsasabog. Kung ang elemental na zinc ay ginagamit bilang isang mapagkukunan ng karumihan, kung gayon ang elemental na arsenic ay inilalagay din sa ampoule sa ratio o Gaya ng ipapakita sa ibaba, ang presyon ng arsenic sa ampoule ay napakahalaga sa prosesong ito.

May tatlong variant ng mga proseso ng pagsasabog na ginagamit sa teknolohiya upang bumuo ng mga junction.

1. Single-stage zinc diffusion sa isang kapaligiran ng arsenic sa isang plato (100) o (111) ay isinasagawa sa isang temperatura ng Zinc at arsenic ay na-load sa ampoule sa ratio ng kanilang kabuuang konsentrasyon sa gas phase ay dapat na Pagkatapos ng pagtatapos ng proseso, ang ampoule ay mabilis na pinalamig ng tubig. Ang tagal ng proseso ay pinili depende sa nais na lalim ng paglipat.

Bilang resulta ng tatlong oras na pagsasabog sa ilalim ng mga kundisyong ito, ang paglipat ay nabuo sa lalim ng halos 20 μm.

2. Zinc diffusion na sinusundan ng pagsusubo sa isang arsenic na kapaligiran. Ang proseso ng pagsasabog ay katulad ng inilarawan sa itaas, ngunit sa pagtatapos ng proseso ng pagsasabog, ang plato ay inilalagay sa isa pang ampoule, kung saan ang arsenic ay inilalagay din sa isang halaga. Ang ampoule na may load ay pumped out sa mm Hg. Art. at itinatago sa isang oven sa temperatura na 900 °C para sa Annealing ay nag-aambag sa pagpapalawak ng nabayarang lugar, ang pagkakahanay ng aktibong layer ng paglipat, at ang paglikha ng isang maayos at hindi matalim na paglipat. Ang pinakamainam na mga kondisyon ay ang mga sumusunod: yugto I (pagsasabog) - temperatura ratio ng konsentrasyon ng zinc tagal yugto I yugto II (pagsusubo) - temperatura 900 o - tagal ng konsentrasyon ng arsenic yugto II Ang lalim ng pagsasabog sa ilalim ng mga kondisyong ito ay mga 8 microns.

3. Tatlong yugto ng pagsasabog. Sa dalawang yugto ng proseso ng pagsasabog na inilarawan sa itaas, ang ikatlong yugto ay idinagdag - isang mababaw na pagsasabog ng zinc upang bumuo ng isang layer

Sa pagtatapos ng proseso ng pagsasabog at paglamig ng ampoule, ang gallium arsenide plate ay tinanggal at ang gilid nito ay pinutol upang makilala ang paglipat, matukoy ang lalim ng paglitaw nito at biswal na obserbahan ang mga katangian nito: kapantayan, lapad, atbp. sa

upang gawing malinaw na nakikita ang paglipat, ang chip ay nakaukit sa isang solusyon o isang patak ng solusyon ay inilapat sa tinadtad na ibabaw at gaganapin para sa 15-30 s, pagkatapos kung saan ang plato ay hugasan ng distilled water. Dalawang linya ang makikita sa nakaukit na ibabaw: ang ibabang linya ay tumutukoy sa hangganan ng paglipat, at ang itaas ay ang lugar kung saan nagsisimula ang pagkabulok ng β-type na materyal.

Mekanismo ng pagsasabog ng zinc sa gallium arsenide. Ang distribusyon ng zinc concentration sa gallium arsenide bilang resulta ng diffusion ay maanomalya. Para sa zinc diffusion sa mga temperatura sa ibaba, maaari itong ilarawan ng Gaussian error function, ibig sabihin, mga equation (8.4) at (8.5); sa kasong ito, ang mga halaga ng mga diffusion coefficient ay maaaring kalkulahin na isinasaalang-alang ang mga parameter na ibinigay sa Talahanayan. 8.3. Para sa mga temperatura ng pagsasabog sa itaas 800°C, ang pamamahagi ng zinc sa gallium arsenide ay hindi sumusunod sa klasikal na pattern na ito. Ang mga karaniwang halimbawa ng maanomalyang pamamahagi ng zinc ay ipinapakita sa fig.

8.13 para sa diffusion sa temperatura habang

Ang mga maanomalyang phenomena sa panahon ng pagsasabog ng zinc sa gallium arsenide ay paksa ng maraming pag-aaral. Ang mga sumusunod na katotohanan ay nabanggit.

kanin. 8.13. Mga profile ng pamamahagi ng konsentrasyon ng zinc sa isang gallium arseiide plate para sa iba't ibang mga konsentrasyon sa ibabaw sa temperatura ng pagsasabog at tagal ng humigit-kumulang

Sa mga temperatura ng pagsasabog sa itaas, ang diffusion coefficient ng zinc ay lubos na nakasalalay sa konsentrasyon ng arsenic, at ang solubility ng zinc sa gallium arsenide ay tumataas kahit na sa pamamagitan ng tatlong mga order ng magnitude (mula 1017 hanggang , ibig sabihin, sa kawalan ng gradient ng konsentrasyon ng zinc sa sample.

Ang mga atomo ng zinc ay matatagpuan sa gallium arsenide alinman sa mga lugar ng gallium o sa mga interstice. Samakatuwid, ang zinc diffusion ay maaaring mangyari sa mga bakanteng gallium at sa mga interstice. Ang batas ni Fick para sa naturang mekanismo ng dobleng pagsasabog ay maaaring ipahayag ng equation

kung saan at ang mga diffusion coefficient ng zinc sa mga interstice at sa ibabaw ng mekanismo ng pagpapalit ng gallium.

Ang equation na ito ay maaaring gawing simple sa pamamagitan ng pagpapakilala ng epektibong diffusion coefficient:

Ang mga resulta ng pagsasabog ng isoconcentration ay nagpapakita na, sa mataas na mga konsentrasyon ng zinc, ang pagsasabog sa mga interstice ay nangingibabaw, i.e.

Dahil dito, ang pagsasabog ng isoconcentration ay maaari ding ilarawan sa pamamagitan ng equation (8.4). Ang isoconcentration diffusion coefficient ay maaaring kalkulahin batay sa isang pagsusuri ng konsentrasyon ng interstitial zinc atoms at gallium vacancies. Ang malakas na pag-asa nito sa konsentrasyon ng zinc ay ipinapakita sa fig. 8.14.

kanin. 8.14, Pag-asa ng diffusion coefficient ng zinc sa gallium arsenide sa konsentrasyon ng zinc.

Gayunpaman, sa ilalim ng mga tunay na teknolohikal na kondisyon sa mataas na temperatura, ang ibabaw na konsentrasyon ng zinc sa gallium arsenide ay umabot nang bahagya na lumampas sa zinc vapor density sa ampoule. Sa kawalan ng presyon ng arsenic sa ampoule, ang pamamahagi ng zinc sa sample ay hindi na maibabalik, at

Ang paglipat ay hindi pantay, lalo na sa mababang konsentrasyon ng zinc. Ang pagpapakilala ng arsenic sa ampoule ay lubos na naitama ang sitwasyon. Ang pag-asa ng koepisyent ng pagsasabog sa konsentrasyon ng zinc ay bumaba nang malaki, ang pagsasabog ay nagpatuloy nang mas regular, at ang paglipat ay naging makinis.

Ang pansin ay dapat bayaran sa katotohanan na ang mga anomalyang phenomena sa pagsasabog ng zinc ay nangyayari sa mga temperatura sa itaas ng temperatura ng simula ng agnas ng gallium arsenide. Samakatuwid, ang isang arsenic pressure ay dapat na nilikha sa ampoule, hindi bababa sa katumbas ng presyon ng dissociation ng gallium arsenide sa isang naibigay na temperatura. Bilang karagdagan, dahil ang zinc ay bumubuo ng dalawang magkaparehong natutunaw na mga compound na may arsenic, maaaring asahan ng isa ang kanilang pagbuo sa parehong pinagmulan ng zinc at sa ibabaw ng gallium arsenide. Ang mga prosesong ito, pati na rin ang dissociation ng gallium arsenide, ay maaaring humantong sa pagpapakawala ng likidong gallium at pagbuo ng mga solusyon sa gallium ng zinc at gallium arsenide, bilang isang resulta kung saan ang mga lokal na kaguluhan sa ibabaw ay lumitaw, na higit na nakakagambala sa diffusion profile at paglipat. Upang maalis ang mga kaguluhan sa ibabaw na ito at ilapit ang pagsasabog sa rehimeng isoconcentration, ang zinc ay minsan ay diffused sa pamamagitan ng isang pelikulang nakadeposito sa gallium arsenide, o mula sa isang film na doped na may zinc.

Ang mga kondisyon para sa pagkamit ng reproducible diffusion ng zinc sa gallium arsenide ay maaaring matukoy ng n? batay sa pagsasaalang-alang ng mga phase equilibrium diagram ng gallium-arsenic-zinc (Fig. 8.15).

Kung ang elemental na zinc lamang ang gagamitin bilang diffusant, ang arsenic ay ililipat mula sa gallium arsenide patungo sa zinc source hanggang sa mabuo ang mga equilibrium phase ng zinc arsenides sa magkabilang ibabaw. Naturally, hahantong ito sa paglabas ng likidong gallium, pinsala sa ibabaw ng wafer, at pagbaluktot ng diffusion front.

Kung ang pinagmulan ay zinc at arsenic o zinc arsenides, kung gayon ang lahat ay nakasalalay sa dami ng diffusant, komposisyon at temperatura nito. Sa maliit na halaga ng diffusant (maraming ampoules), walang condensed phase ang nabuo - lahat ng zinc at arsenic ay nasa vapor phase. Ang mga pagkagambala sa ibabaw ng paglipat mula sa tagal ng pagsasabog at temperatura ay ipinahayag ng

Ang contact ng dalawang semiconductors ng n- at p-type ay tinatawag na p-n-junction o n-p-junction. Nagsisimula ang pagsasabog bilang resulta ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga semiconductor. Ang ilan sa mga electron ay napupunta sa mga butas, at ang ilan sa mga butas ay napupunta sa gilid ng mga electron.

Bilang resulta, ang mga semiconductor ay sinisingil: n ay positibo, at p ay negatibo. Matapos ang electric field na lalabas sa transition zone ay nagsimulang humadlang sa paggalaw ng mga electron at butas, ang pagsasabog ay titigil.

Kapag kumokonekta sa isang pn junction sa pasulong na direksyon, dadaan ito sa kasalukuyang mismo. Kung ikinonekta mo ang pn-junction sa kabaligtaran na direksyon, kung gayon halos hindi ito papasa sa kasalukuyang.

Ang sumusunod na graph ay nagpapakita ng kasalukuyang-boltahe na mga katangian ng pasulong at pabalik na koneksyon ng isang pn junction.

Paggawa ng isang semiconductor diode

Ang solidong linya ay nagpapakita ng kasalukuyang-boltahe na katangian ng direktang koneksyon ng pn-junction, at ang may tuldok na linya ay nagpapakita ng reverse na koneksyon.
Makikita mula sa graph na ang pn-junction ay asymmetric na may paggalang sa kasalukuyang, dahil sa pasulong na direksyon ang junction resistance ay mas mababa kaysa sa reverse direksyon.

Ang mga katangian ng pn junction ay malawakang ginagamit upang itama ang electric current. Upang gawin ito, ang isang semiconductor diode ay ginawa batay sa isang pn junction.

Karaniwan, ang germanium, silicon, selenium at maraming iba pang mga sangkap ay ginagamit upang gumawa ng mga diode ng semiconductor. Isaalang-alang natin nang mas detalyado ang proseso ng paglikha ng isang pn junction gamit ang germanium na may n-type na semiconductor.

Ang ganitong paglipat ay hindi maaaring makuha sa pamamagitan ng mekanikal na pagkonekta ng dalawang semiconductors na may iba't ibang uri ng conductivity. Hindi ito posible dahil masyadong malaki ang agwat sa pagitan ng mga semiconductor.

At kailangan namin ang kapal ng pn-junction na hindi hihigit sa mga interatomic na distansya. Upang maiwasan ito, ang indium ay natutunaw sa isa sa mga sample na ibabaw.

Upang lumikha ng isang semiconductor diode, ang isang p-type na doped semiconductor na naglalaman ng indium atoms ay pinainit sa isang mataas na temperatura. Ang mga pares ng n-type na impurities ay idineposito sa ibabaw ng kristal. Dagdag pa, dahil sa pagsasabog, sila ay ipinakilala sa mismong kristal.

Sa ibabaw ng kristal, na may p-type na conductivity, isang rehiyon na may n-type na conductivity ay nabuo. Ang sumusunod na figure ay nagpapakita ng eskematiko kung ano ang hitsura nito.

Upang ibukod ang epekto ng hangin at liwanag sa kristal, ito ay inilalagay sa isang selyadong metal case. Sa mga circuit diagram, ang isang diode ay itinalaga na may sumusunod na espesyal na icon.

Ang mga solid-state rectifier ay may napakataas na pagiging maaasahan at mahabang buhay ng serbisyo. Ang kanilang pangunahing kawalan ay maaari lamang silang magtrabaho sa isang maliit na hanay ng temperatura: mula -70 hanggang 125 degrees.

Semiconductor diodes

Ang semiconductor diode ay isang elemento ng isang electrical circuit na may dalawang terminal at may one-sided electrical conductivity. Ang lahat ng semiconductor diodes ay maaaring nahahati sa dalawang grupo: rectifier at espesyal. Ang mga rectifier diode, gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ay idinisenyo upang maitama ang alternating current. Depende sa dalas at hugis ng alternating boltahe, nahahati sila sa high-frequency, low-frequency at pulse. Ang mga espesyal na uri ng semiconductor diodes ay gumagamit ng iba't ibang katangian pn mga transition: kababalaghan ng pagkasira, kapasidad ng hadlang, pagkakaroon ng mga seksyon na may negatibong pagtutol, atbp.

Sa istruktura, ang mga rectifier diode ay nahahati sa planar at point, at ayon sa teknolohiya ng pagmamanupaktura, sa haluang metal, pagsasabog at epitaxial. Planar diodes dahil sa malaking lugar pn-ginagamit ang mga junction upang itama ang matataas na agos. Ang mga point diode ay may maliit na junction area at, nang naaayon, ay idinisenyo upang itama ang maliliit na alon. Upang mapataas ang boltahe ng pagkasira ng avalanche, ginagamit ang mga pole ng rectifier, na binubuo ng isang serye ng mga diode na konektado sa serye.

Ang mga high power rectifier diode ay tinatawag na power diodes. Ang materyal para sa mga naturang diode ay kadalasang silikon o gallium arsenide. Ang Germanium ay halos hindi ginagamit dahil sa malakas na pagdepende sa temperatura ng reverse current. Ang mga silicone alloy diode ay ginagamit upang itama ang alternating current hanggang 5 kHz. Ang Silicon diffusion diodes ay maaaring gumana sa mga nakataas na frequency hanggang 100 kHz. Ang mga silicone epitaxial diode na may metal na substrate (na may Schottky barrier) ay maaaring gamitin sa mga frequency hanggang 500 kHz. Gallium arsenide diodes ay may kakayahang gumana sa hanay ng dalas hanggang sa ilang MHz.

Ang pagpapatakbo ng mga diode ay batay sa paggamit ng isang electron-hole transition - isang manipis na layer ng materyal sa pagitan ng dalawang lugar ng iba't ibang uri ng electrical conductivity - n at p. Ang pangunahing pag-aari ng paglipat na ito ay walang simetriko electrical conductivity, kung saan ang kristal ay pumasa sa kasalukuyang sa isang direksyon at hindi pumasa sa isa pa. Ang aparato ng paglipat ng electron-hole ay ipinapakita sa Fig. 1.1, a. Ang isang bahagi nito ay doped na may donor impurity at may electronic conductivity ( n-rehiyon); ang isa, doped na may acceptor impurity, ay may butas na conductivity ( p-rehiyon). Ang mga konsentrasyon ng carrier sa mga rehiyon ay naiiba nang husto. Bilang karagdagan, ang parehong mga bahagi ay naglalaman ng isang maliit na konsentrasyon ng mga carrier ng minorya.

Fig.1.1. pn paglipat:

a - device, b - mga singil sa espasyo

Mga electron sa n- ang mga lugar ay may posibilidad na tumagos sa p- rehiyon kung saan mas mababa ang konsentrasyon ng elektron. Gayundin, mga butas sa p-lilipat ang mga lugar sa n-rehiyon. Bilang resulta ng paparating na paggalaw ng magkasalungat na mga singil, ang tinatawag na diffusion current ay lumitaw. Ang mga electron at butas, na dumaan sa interface, ay nag-iiwan ng magkasalungat na singil, na pumipigil sa karagdagang pagpasa ng kasalukuyang pagsasabog. Bilang resulta, ang dynamic na equilibrium ay naitatag sa hangganan, at kapag nagsasara p- at n- mga lugar na walang kasalukuyang dumadaloy sa circuit. Ang pamamahagi ng density ng singil sa espasyo sa paglipat ay ipinapakita sa Fig. 1.1, b. Sa kasong ito, sa loob ng kristal sa interface ay may sariling electric field E oct. , ang direksyon kung saan ay ipinapakita sa Fig. 1.1, a. Ang intensity nito ay pinakamataas sa interface, kung saan may biglang pagbabago sa tanda ng space charge. At pagkatapos ay ang semiconductor ay neutral.

Potensyal na taas ng hadlang sa pn ang paglipat ay tinutukoy ng potensyal na pagkakaiba ng contact n- at p-mga lugar, na, sa turn, ay nakasalalay sa konsentrasyon ng mga impurities sa kanila:

, (1.1)

nasaan ang thermal potential, N n at Pp ay ang mga konsentrasyon ng mga electron at butas sa n- at p-mga lugar, n i ay ang konsentrasyon ng mga carrier ng singil sa undoped semiconductor.

Ang potensyal na pagkakaiba ng contact para sa germanium ay 0.6 ... 0.7 V, at para sa silicon - 0.9 ... 1.2 V. Ang taas ng potensyal na hadlang ay maaaring mabago sa pamamagitan ng paglalapat ng panlabas na boltahe sa pn paglipat. Kung ang larangan ng panlabas na boltahe ay nag-tutugma sa panloob, kung gayon ang taas ng potensyal na hadlang ay tumataas; kapag ang inilapat na boltahe ay baligtad, ang taas ng hadlang ay bumababa. Kung ang inilapat na boltahe ay katumbas ng potensyal na pagkakaiba sa pakikipag-ugnay, pagkatapos ay ganap na mawawala ang potensyal na hadlang.

Samakatuwid, kung ang isang panlabas na boltahe ay nagpapababa sa potensyal na hadlang, ito ay tinatawag na direkta, at kung ito ay nagpapataas nito, ito ay tinatawag na reverse.

Ang simbolo at kasalukuyang-boltahe na katangian (CVC) ng isang perpektong diode ay ipinapakita sa Fig. 1.2.

Ang output kung saan dapat ilapat ang isang positibong potensyal ay tinatawag na anode, ang output na may negatibong potensyal ay tinatawag na katod (Larawan 1.2, a). Ang isang perpektong diode sa direksyon ng conductive ay may zero resistance. Sa di-conductive na direksyon - isang walang katapusang malaking pagtutol (Larawan 1.2, b).

Larawan 1.2 Simbolo (a) at CVC

katangian ng isang perpektong diode (b)

sa semiconductor R-uri, ang mga butas ay ang pangunahing carrier. Ang mga butas na electrical conductivity ay nilikha sa pamamagitan ng pagpasok ng mga atomo ng isang acceptor impurity. Ang kanilang valency ay isang mas mababa kaysa sa mga semiconductor atoms. Sa kasong ito, ang mga impurity atoms ay kumukuha ng mga electron ng semiconductor at lumikha ng mga butas - mga carrier ng mobile charge.

sa semiconductor n-type ang pangunahing carrier ay mga electron. Ang electronic electrical conductivity ay nilikha sa pamamagitan ng pagpasok ng donor impurity atoms. Ang kanilang valency ay isa pa kaysa sa mga semiconductor atoms. Bumubuo ng mga covalent bond na may mga semiconductor atom, ang impurity atoms ay hindi gumagamit ng 1 electron, na nagiging libre. Ang mga atom mismo ay nagiging hindi kumikibo na mga positibong ion.

Kung ang pinagmumulan ng boltahe ay konektado sa mga panlabas na terminal ng diode sa direksyong pasulong, kung gayon ang pinagmumulan ng boltahe na ito ay lilikha sa distrito paglipat ng electric field na nakadirekta patungo sa panloob. Ang resultang field ay bababa. Sisimulan nito ang proseso ng pagsasabog. Ang isang direktang kasalukuyang ay dadaloy sa diode circuit. Kung mas malaki ang halaga ng panlabas na boltahe, mas maliit ang halaga ng panloob na field, mas makitid ang blocking layer, mas malaki ang halaga ng direktang kasalukuyang. Sa pagtaas ng panlabas na boltahe, ang direktang kasalukuyang pagtaas ng exponentially (Larawan 1.3). Kapag ang isang tiyak na halaga ng panlabas na diin ay naabot, ang lapad ng barrier layer ay bababa sa zero. Ang pasulong na kasalukuyang ay limitado lamang sa pamamagitan ng paglaban ng volume at tataas nang linear habang tumataas ang boltahe.

Fig.1.3. IV na katangian ng isang tunay na diode

Sa kasong ito, ang pagbaba ng boltahe sa diode ay isang pasulong na pagbaba ng boltahe. Ang halaga nito ay maliit at depende sa materyal:

germanyum Sinabi ni Ge: U pr= (0.3 - 0.4) V;

silikon Si: U pr\u003d (0.6 - 1) V.

Kung babaguhin mo ang polarity ng panlabas na boltahe, kung gayon ang electric field ng pinagmulang ito ay magkakasabay sa panloob. Ang resultang field ay tataas, ang lapad ng barrier layer ay tataas, at ang kasalukuyang ay perpektong hindi dumadaloy sa tapat na direksyon; ngunit dahil ang mga semiconductor ay hindi perpekto at bilang karagdagan sa mga pangunahing mobile carrier mayroong isang maliit na bilang ng mga menor de edad, bilang isang resulta, isang reverse kasalukuyang arises. Ang halaga nito ay nakasalalay sa konsentrasyon ng mga carrier ng minorya at kadalasan ay iilan hanggang sampu-sampung microamperes.

Ang konsentrasyon ng mga carrier ng minorya ay mas mababa kaysa sa konsentrasyon ng mga pangunahing, kaya maliit ang reverse current. Ang magnitude ng kasalukuyang ito ay hindi nakasalalay sa magnitude ng reverse boltahe. Ang Silicon reverse current ay ilang mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa germanium, ngunit ang mga silicon diode ay may mas mataas na forward voltage drop. Ang konsentrasyon ng mga carrier ng minorya ay nakasalalay sa temperatura, at habang tumataas ito, tumataas ang reverse current, kaya tinatawag itong thermal current I o:

I o (T) \u003d I o (T o)e a D T,

DT=T-T o ; at Ge =0.09k -1; at Si \u003d 0.13k -1; I oGe >>I oSi . .

Mayroong tinatayang formula

I o (T)=I o (T o)2 T * ,

saan T*- pagtaas ng temperatura, na tumutugma sa pagdodoble ng thermal current,

T*Ge=8...10 o C; T*Si=6°C.

Analytical expression para sa VAC r-p ang hitsura ng paglipat ay:

, (1.2)

saan U ay ang inilapat na panlabas na boltahe.

Para sa temperatura na 20 ° C φ t = 0.025V.

Sa pagtaas ng temperatura dahil sa pagtaas ng thermal current at pagbaba sa potensyal na hadlang, pagbawas sa paglaban ng mga layer ng semiconductor, ang paglilipat ng direktang sangay ng katangian ng I-V ay nangyayari sa rehiyon ng mataas na alon. . Bumababa ang volume resistance ng semiconductors n at R. Bilang resulta, ang pasulong na pagbaba ng boltahe ay magiging mas mababa. Habang tumataas ang temperatura, dahil sa pagbaba ng pagkakaiba sa pagitan ng mga konsentrasyon ng major at minor carrier, bumababa ang potensyal na barrier ng barrier layer, na hahantong din sa pagbaba ng U pr, dahil ang barrier layer ay mawawala sa mas mababang boltahe.

Ang parehong kasalukuyang ay tumutugma sa iba't ibang mga pasulong na boltahe (Larawan 1.4), na bumubuo ng pagkakaiba sa DU,

saan e- temperatura koepisyent ng boltahe.

Kung ang kasalukuyang sa pamamagitan ng diode ay pare-pareho, ang pagbaba ng boltahe sa buong diode ay bababa. Sa pagtaas ng temperatura ng isang degree, ang pasulong na pagbagsak ng boltahe ay bumababa ng 2 mV.

kanin. 1.4. VAC r-p paglipat sa Fig. 1.5. CVC ng germanium at

iba't ibang temperatura ng mga diode ng silikon

Habang tumataas ang temperatura, ang reverse branch ng kasalukuyang-boltahe na katangian ay nagbabago pababa (Larawan 1.4). Ang operating temperature range para sa germanium diodes ay 80 ° C, para sa silicon diodes 150 ° C.

Ang mga katangian ng IV ng germanium at silicon diodes ay ipinapakita sa Fig. 1.5.

Pagkakaiba-iba ng pagtutol r-p paglipat (Larawan 1.6):

(1.3)

Sa pagtaas ng kasalukuyang r d- bumababa.

Fig. 1.6 Kahulugan ng kaugalian

paglaban sa diode

DC pagtutol r-p paglipat: .

Ang paglaban ng DC ay nailalarawan sa pamamagitan ng koepisyent ng anggulo ng pagkahilig ng isang tuwid na linya na iginuhit mula sa pinanggalingan hanggang sa isang naibigay na punto. Ang paglaban na ito ay nakasalalay din sa magnitude ng kasalukuyang: sa pagtaas ng I, bumababa ang paglaban . R Ge< R Si .

Ang IV na katangian ng isang semiconductor diode ay medyo naiiba mula sa IV na katangian ng isang perpektong diode. Kaya, dahil sa kasalukuyang pagtagas sa ibabaw ng kristal, ang tunay na reverse current ay magiging mas malaki kaysa sa thermal current. Alinsunod dito, ang reverse resistance ng isang real diode ay mas mababa kaysa sa isang ideal. r-p paglipat.

Ang pasulong na pagbaba ng boltahe ay mas malaki kaysa sa perpekto r-p paglipat. Ito ay dahil sa pagbaba ng boltahe sa mga layer ng semiconductor. R at P uri. Bukod dito, sa mga totoong diode ang isa sa mga layer R o P ay may mas mataas na konsentrasyon ng mga pangunahing carrier kaysa sa iba. Ang isang layer na may mataas na konsentrasyon ng karamihan sa mga carrier ay tinatawag na isang emitter; ito ay may hindi gaanong pagtutol. Ang isang layer na may mas mababang konsentrasyon ng karamihan sa mga carrier ay tinatawag na base. Mayroon itong medyo maraming pagtutol.

Ang pagtaas sa pasulong na pagbaba ng boltahe ay nangyayari dahil sa pagbaba ng boltahe sa base resistance.

Upang kalkulahin ang mga electronic circuit na naglalaman ng mga diode ng semiconductor, kinakailangan na kumatawan sa kanila sa anyo ng mga katumbas na circuit. Ang katumbas na circuit ng isang semiconductor diode na may piecewise linear approximation ng CVC nito ay ipinapakita sa Fig. 1.7. Ipinapakita ng Figure 1.8 ang mga katumbas na circuit gamit ang mga katangian ng I–V ng isang ideal na diode at ang mga katangian ng I–V ng isang ideal. pn paglipat ( r d ay ang paglaban ng diode, r ay ang leakage resistance ng diode).

Fig.1.7. Approximation ng kasalukuyang-boltahe na katangian ng isang diode

mga linear na segment

Fig.1.8. Pagpapalit ng Diodes Gamit ang I-V Characteristics

ideal na diode (a) at CVC ideal pn paglipat (b)

Ang pagpapatakbo ng isang diode sa isang circuit na may load. Isaalang-alang ang pinakasimpleng circuit na may isang diode at isang risistor, at ang pagkilos ng isang bipolar boltahe sa input nito (Larawan 1.9). Ang pattern ng pamamahagi ng boltahe sa mga elemento ng circuit ay tinutukoy ng posisyon ng mga linya ng pag-load (Larawan 1.10) - sa graph ng CVC ng diode, dalawang puntos ang naka-plot kasama ang axis ng boltahe sa parehong direksyon, na tinutukoy ng +Um at –U m supply boltahe, na tumutugma sa boltahe sa kabuuan ng diode na may shorted load R n, at ang mga alon ay idineposito sa kasalukuyang axis sa parehong direksyon U m / R n at - U m / R n, na tumutugma sa isang pinaikling diode. Ang dalawang puntong ito ay konektado sa mga pares sa pamamagitan ng mga tuwid na linya, na tinatawag na load. Mag-load ng mga intersection ng linya R n sa una at ikatlong kuwadrante na may mga sanga

Ang mga katangian ng I–V ng diode para sa bawat yugto ng supply boltahe ay tumutugma sa

kanin. 1.9. Circuit na may diode at Fig. 1.10. CVC diode na may load

direktang pagkarga

ang kanilang magkaparehong mga alon (na kinakailangan kapag sila ay konektado sa serye) at matukoy ang posisyon ng mga operating point.

positibong kalahating alon U>0, U=Um.

Ang polarity na ito ay direkta para sa isang diode. Ang kasalukuyang at boltahe ay palaging makakatugon sa mga katangian ng kasalukuyang boltahe:

,

Bukod sa:

U d \u003d U m - I d R H;

sa I d \u003d 0, U d \u003d U m;

sa U d \u003d 0, I d \u003d U m / R H;

na may direktang koneksyon U m >> U pr(Larawan 1.10).

Sa praktikal na aplikasyon U pr>0 (U pr- pasulong na boltahe) kapag bukas ang diode. Kapag ang diode ay gumagana sa pasulong na direksyon, ang boltahe sa kabuuan nito ay minimal - ( Sinabi ni Ge-0.4V; Si-0.7 V), at maaari itong ituring na humigit-kumulang katumbas ng zero. Ang kasalukuyang ay magiging maximum.

Fig.1.11. Boltahe at kasalukuyang signal sa isang diode circuit na may load

.

negatibong kalahating alon U<0, U= -U m .

Ang katangian ng diode ay pareho, ngunit

U d \u003d -U m -I d R H,;

I d \u003d 0, U d \u003d U m;

U d =0, I d =U m /R H ; U H<

Mga kapasidad r-p paglipat. Kapag naka-on r-p paglipat sa kabaligtaran ng direksyon, pati na rin sa maliliit na pasulong na boltahe sa rehiyon r-p transition mayroong double electric layer: in R mga lugar - negatibo, sa P mga lugar - positibo.

Ang akumulasyon ng isang uncompensated charge sa layer na ito ay humahantong sa hitsura ng isang kapasidad r-p transition, na tinatawag na barrier capacitance. Ito ay nagpapakilala sa pagbabago sa naipon na singil na may pagbabago sa panlabas na boltahe ayon sa Fig. 1.12. C b \u003d dQ / dU .

kanin. 1.12. Pagdepende sa kapasidad ng hadlang

mula sa reverse boltahe.

Ang kapasidad ng hadlang ay nakasalalay sa mga geometric na sukat r-p paglipat. Sa pagtaas Arr lapad r-p tumataas ang paglipat, at bumababa ang kapasidad.

Kapag ang diode ay naka-on sa pasulong na direksyon, ang barrier capacitance ay halos nawawala, at sa base layer ng diode, ang mga minoryang carrier na inilipat mula sa emitter ay naiipon. Ang akumulasyon ng singil na ito ay lumilikha din ng capacitance effect, na tinatawag na diffusion capacitance. C d karaniwang lumalampas C b.

Natutukoy ang kapasidad ng pagsasabog C d \u003d dQ d / dU.

Ang mga kapasidad na ito ay nakakaapekto sa pagpapatakbo ng mga diode sa mataas na frequency. Mga kapasidad r-p ang paglipat ay kasama sa katumbas na circuit (Larawan 1.13).

kanin. 1.13. Ang mga katumbas na circuit ng diode na isinasaalang-alang ang mga kapasidad:

a – kapasidad ng hadlang; b - kapasidad ng pagsasabog

Lumilipas na mga proseso sa diodes. Kapag ang mga diode ay nagpapatakbo ng mga signal na may mataas na dalas (1-10 MHz), ang proseso ng paglipat mula sa isang non-conductive na estado patungo sa isang conductive na estado at vice versa ay hindi nangyayari kaagad dahil sa pagkakaroon ng kapasidad sa paglipat, dahil sa akumulasyon ng mga singil sa base ng diode.

Ipinapakita ng Figure 1.14 ang mga timing diagram ng kasalukuyang mga pagbabago sa pamamagitan ng diode at ang load na may mga rectangular pulses ng supply voltage. Ang mga kapasidad sa diode circuit ay nakakasira sa nangunguna at sumusunod na mga gilid ng mga pulso, na nagiging sanhi ng paglitaw ng oras ng pagsipsip tp.

Kapag pumipili ng isang diode para sa isang partikular na circuit, ang mga katangian ng dalas at bilis nito ay dapat isaalang-alang.

kanin. 1.14. Lumilipas na mga proseso sa

switching diode:

t f1- ang tagal ng nangungunang gilid ng paglipat;

t f2- ang tagal ng trailing edge;

tp- oras ng paglusaw.

Pagkasira r-p paglipat. Ang reverse boltahe ng diode ay hindi maaaring tumaas sa isang di-makatwirang malaking halaga. Sa ilang reverse boltahe, katangian ng bawat uri ng diode, mayroong isang matalim na pagtaas sa reverse kasalukuyang. Ang epektong ito ay tinatawag na transition breakdown. Mayroong ilang mga uri ng pagkasira (Larawan 1.15):

1 - pagkasira ng avalanche, kapag ang pagtaas sa reverse current ay nangyayari dahil sa pagdami ng avalanche ng mga hindi pangunahing carrier;

kanin. 1.15. CVC para sa iba't ibang uri ng pagkasira

2-tunnel breakdown, kapag ang pagtagumpayan ng potensyal na hadlang at ang blocking layer ay nangyayari dahil sa epekto ng tunnel.

Sa panahon ng avalanche at tunnel breakdown, ang reverse current ay tumataas sa isang pare-parehong reverse boltahe.

Ito ay mga pagkasira ng kuryente. Ang mga ito ay nababaligtad. Pagkatapos tanggalin Arr binabawi ng diode ang mga katangian nito.

3- thermal breakdown, ito ay nangyayari kapag ang dami ng init na inilabas r-p junction, mas maraming init ang ibinibigay ng ibabaw ng diode sa kapaligiran. Gayunpaman, sa pagtaas ng temperatura r-p paglipat, ang konsentrasyon ng mga carrier ng minorya ay tumataas, na humahantong sa isang mas malaking pagtaas sa reverse kasalukuyang, na, naman, ay humahantong sa isang pagtaas sa temperatura, atbp. Dahil para sa mga diode na ginawa batay sa germanium, I arr higit pa kaysa sa mga diode na nakabatay sa silikon, pagkatapos ay para sa una, ang posibilidad ng thermal breakdown ay mas mataas kaysa sa huli. Samakatuwid, ang pinakamataas na temperatura ng pagpapatakbo para sa mga diode ng silikon ay mas mataas (150 o ... 200 o C) kaysa sa mga germanium (75 o ... 90 o C).

Sa breakdown na ito r-p ang paglipat ay nawasak.

Mga tanong sa pagsusulit.

1. Ano ang semiconductor diode? Katangian ng kasalukuyang boltahe ng isang perpekto at tunay na diode?

2. Anong mga materyales ang ginagamit sa paggawa ng semiconductor diodes? Paano lumikha ng mga rehiyon ng isa o ibang uri ng conductivity sa isang semiconductor substrate?

3. Ano ang intrinsic electric field sa isang kristal sa hangganan p-n- paglipat? Paano ito nagbabago kapag ang isang panlabas na boltahe ay inilapat?

4. Ano ang nagpapaliwanag ng epekto ng one-way conduction p-n- junction sa isang semiconductor?

5. Mga katangian ng kasalukuyang boltahe pn-transisyon para sa germanium at silicon diodes kapag nagbabago ang panlabas na temperatura?

6. Paano tinutukoy ang differential resistance ng isang diode?

7. Paano nabuo ang kasalukuyang-boltahe na mga katangian ng isang diode na may tuwid na linya ng pagkarga?

8. Ipaliwanag ang mekanismo ng pagbuo ng barrier at diffusion capacitances ng diode? Paano sila makakaapekto sa pagpapatakbo ng diode sa AC circuits?

Lektura 2 Mga espesyal na uri