Полупроводниковые диоды

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего и профессионального образования

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Кафедра Автоматики и телемеханики

 

 

 

 

 

 

 

 

Полупроводниковые диоды

 

 

 

Группа: АТ-13-1б

Выполнили:

Сторожев С.А.

Медников А.В.

Ефимов С.О.

Проверил: ассистент кафедры АТ

Посягин Антон Игоревич

 

 

 

 

 

 

 

Пермь, 2014

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...2

Выпрямительный диод ГД107Б………………………………………………….3

Импульсный диод КД509А……………………………………………………….5

Точечный диод Д2Г……………………………………………………………….7

Варикап КВ101А………………………………………………………………….9

Туннельный диод ГИ103Г……………………………………………………....11

Диод Шоттки 3А530А…………………………………………………………...13

Заключение……………………………………………………………………….15

Список литературы……………………………………………………………....16

 

 

 

 

 

 

Введение

Полупроводниковым диодом называется p-n-переход, помещенный в герметизированный корпус и имеющий два вывода. В зависимости от технологии изготовления различают диоды плоскостные, точечные, микросплавные, мезадиффузионные, эпитаксально-планарные и др.

По функциональному назначению диоды делятся на выпрямительные, опорные, туннельные, точечные, импульсные, Шоттки, варикапы и др.

Результатом данной работы должны являться основные сведения о конкретных полупроводниковых диодах, а именно: основные параметры, схемы включения и вольт-амперные характеристики. 
Выпрямительный диод ГД107Б

Выпрямительные диоды получают, как правило, двумя методами: сплавным и диффузионным. При сплавном методе в кристалл кремния или германия, имеющего n-проводимость, вплавляется акцептор(индий, алюминий и т.д.), а при диффузионном методе происходит диффузия примеси при высокой температуре из среды, содержащей пары примесного материала. Отличительной особенностью выпрямительных диодов является большая площадь p-n-перехода, что позволяет пропускать через переход большие токи – от сотен миллиампер до сотен ампер.

Основное назначение рассмотренных диодов – выпрямительные силовые установки для создания источников вторичного питания.

Основные параметры

Диод германиевый, выпускается в стеклянном корпусе с гибкими выводами. Маркируется серой точкой у положительного вывода.

Электрические параметры:

Постоянное прямое напряжение, не более: 0.4 В(при Iпр=1.5 мА; T=300 К).

Постоянный обратный ток, не более: 100 мкА(при Uобр=20 В; T=300 К).

Предельные эксплуатационные данные:

Постоянное обратное напряжение: 20 В.

Средний прямой ток: 20 мА(от 213 до 308 К), 17мА(при 333 К).

Температура окр. среды: от 213 до 333 К.

Схема включения

 

 

 

 

 

Рис.1 Схема включения выпрямительных диодов.

ВАХ

 

 

 

 

 

 

Рис. 2 ВАХ выпрямительного диода ГД107Б. 
Импульсный диод КД509А

Импульсные диоды предназначены для работы в импульсных системах с очень малым временем переключения. При этом малыми должны быть также паразитные емкости и время жизни неосновных носителей заряда в обедненных областях. По технологии изготовления импульсные диоды делятся на точечные, микросплавные, мезадиффузионные и эпитаксально-планарные.

Эпитаксиально-планарные диоды получаются следующим образом. Поверхность кристалла окисляется, при этом образуется диэлектрическая пленка SiO2. В этой пленке методом химического травления создается локальное «окно» очень малой площади, через которое вводится донорная или акцепторная примесь. В результате получается p-n-переход, площадь, а следовательно, и барьерная емкость которого очень малы.

Данный диод предназначен для работы в импульсных схемах. Положительный импульс диод пропускает без искажений и при прямом напряжении через диод проходит большой ток. При смене полярности входного напряжения на отрицательную диод запирается, но не сразу, в начале происходит резкое увеличение обратного тока, затем, после рассасывания неравновесных носителей, восстанавливается высокое сопротивление p-n перехода, и диод запирается. Данный тип диодов применяют в импульсных ключевых схемах с малым временным переключением.

Основные параметры

Диод кремниевый эпитаксиально-планарный. Выпускается в стеклянном корпусе с гибкими выводами. Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе.

Электрические параметры:

Постоянное прямое напряжение, не более: 1.1 В(при Iпр=100 мА; T=300 К).

Постоянный обратный ток, не более: 5 мкА(при Uобр=50 В; T=300 К).

Предельные эксплуатационные данные:

Импульсное обратное напряжение: 70 В(при длительности импульса(на уровне 50 В) не более 2 мкс и скважности не менее 10).

Постоянный или средний прямой ток: 100 мА(при T=300 К).

Импульсный прямой ток: 1500 мА(при τi <10 мкс).

Температура окр. среды: от 218 до 358 К.

Схема включения

 

Схема включения и обозначения диодов такие же, как и у выпрямительных диодов.

 

 

 

 

 

Рис. 3 Схема включения импульсных диодов.

ВАХ

Рис. 4 ВАХ выпрямительного диода КД509А.

 

Точечный диод Д2Г

Точечные диоды характеризуются очень малой площадью p-n-перехода. Получаются такие переходы следующим образом. Берется пластинка полупроводника n-типа. К одной из поверхностей этой пластинки приставляется металлическая игла из тонкой вольфрамовой проволоки, обработанная акцепторной примесью(In, Al и т.д.). Для получения p-n-перехода используется метод токовой формовки. Суть его в том, что через этот контакт пропускается кратковременный импульс тока определенной величины. В результате тонкий слой полупроводника вблизи острия иглы приобретает дырочную проводимость и внутри полупроводниковой пластинки образуется p-n-переход, имеющий малую площадь, а следовательно, и малую барьерную емкость(не более 1 пФ). Такие диоды могут использоваться для выпрямления, детектирования сигналов, частота которых измеряется сотнями мегагерц. Следует отметить, что в связи с малой площадью p-n-перехода предельно допустимые параметры таких диодов невелики.

Точечные диоды применяются в импульсных и высокочастотных слаботочных схемах и могут использоваться в маломощных выпрямителях.

Основные параметры

Диод германиевый точечный. Предназначен для преобразования и детектирования сигналов с частотой до 150 МГц в амплитудных и фазовых детекторах. Выпускается в стеклянном корпусе с гибкими выводами. Маркируется желтой и красной точками у положительного вывода.

Электрические параметры:

Постоянное прямое напряжение, не более: 1 В(при Iпр=2 мА; T=300 К).

Постоянный обратный ток, не более: 250 мкА(при Uобр=Uобр max; T=300 К).

Импульсное прямое напряжение, не более: 7 В(при Iпр=30 мА).

Время восстановления обратного сопротивления, не более: 8мкс(при Iпр=10 мА; Uобр=10 В).

Емкость диода: 0.2 пФ(при Uобр=1.5 В).

Предельные эксплуатационные данные:

Постоянное обратное напряжение: 50 В(при T – от 213 до 308 К).

Импульсное обратное напряжение: 75 В(при T – от 213 до 308 К).

Импульсный прямой ток: 50 мА.

Средний выпрямительный ток: 16 мА(на частотах до 0.1 МГц).

Общее тепловое сопротивление: 460 КВт.

Средняя рассеиваемая мощность: 16 мВт.

Температура окр. среды: от 213 до 343 К.

Схема включения

Схема включения и обозначения диодов такие же, как и у выпрямительных диодов.

 

 

 

 

 

Рис. 5 Схема включения точечных диодов.

ВАХ

Рис. 6 ВАХ точечного диода Д2Г.

Варикап КВ101А

 Варикапом называется полупроводниковый прибор с p-n-переходом принцип действия которого основан на использовании паразитной барьерной емкости, которая зависит от величины обратного напряжения(см. рис. 7).

При увеличении обратного напряжения увеличивается ширина обедненного слоя или глубина проникновения объемного заряда ионов донора и акцептора, что эквивалентно увеличению расстояния между пластинами плоского конденсатора, а следовательно и уменьшению величины емкости.

Рис. 7 Вольт-фарадная характеристика.

Варикапы нашли широкое применение как конденсаторы с управляемой емкостью в схемах автоматической подстройки частоты в радиоприемной аппаратуре, в преобразователях напряжение – частота, в схемах СВЧ как параметрические усилители и т.д.

Основные параметры

Варикап кремниевый диффузионно-сплавной. Предназначен для работы в радиокапсулах медицинской радиоэлектронной аппаратуры. Выпускается в виде таблетки гибкими выводами. Тип прибора указывается на упаковке. Положительный вывод маркируется черной точкой.

Электрические параметры:

Емкость варикапа: 200 пФ(при Uобр=0.8 В).

Добротность при частоте не менее 1 МГц: 150(при Uобр=0.8 В).

Добротность при частоте не менее 10 МГц: 12(при Uобр=0.8 В).

Постоянный обратный ток, не более: 1мкА(при Uобр=4 В; T=300 К).

Предельные эксплуатационные данные:

Обратное напряжение: 4 В.

Температура окр. среды: от 263 до 328 К.

 

Схема включения

 

 

 

 

Рис. 8 Схема включения варикапов.

ВАХ

Рис. 9 ВАХ варикапа КВ101А

 

 

 

 

 

 

Туннельный диод ГИ103Г

Туннельный диод отличается от других типов диодов тем, что полупроводник, идущий на его изготовление, имеет высокое содержание присадки – до 5*1019 атомов на 1 см3 основного вещества. У таких материалов уровень Ферми в полупроводниках n-типа смещается в зону проводимости, а в полупроводниках p-типа в валентную зону. Полупроводник при такой концентрации примеси вырождается в полуметалл. При образовании p-n-перехода энергетические уровни смещаются на величину, превышающую ширину запрещенной зоны. Ширина p-n-перехода из-за высокой концентрации примесей мала.

Используют как пороговое устройство и для хранения одного бита информации – элемент памяти.

Основные параметры

Диод германиевый, туннельный, мезасплавный, усилительный. Предназначен для применения в усилителях на частотах до 10ГГц. Выпускается в металлокерамическом корпусе с жесткими выводами. Маркируется двумя зелеными точками со стороны положительного вывода.

Электрические параметры:

Пиковый ток: 1.3 … 1.7 мА.

Напряжение пика, не более: 90 мВ.

Предельная частота, не менее: 5 ГГц.

Шумовая постоянная: 1…1.5 .

Общая емкость: 1…3.2 пФ(при Uпр<1мВ; частоте =10 МГц).

Емкость корпуса: 0.42…0.58 пФ.

Предельные эксплуатационные данные:

Постоянный прямой и обратный токи: 1.5 мА.

Постоянное прямое напряжение: 400 мВ.

Постоянное обратное напряжение: 20 мВ.

Температура окр. среды: от 213 до 343 К.

Схема включения

Рис. 10 Схема включения туннельных диодов.

ВАХ

Рис. 11 ВАХ туннельного диода ГИ103Г.   

 

 

Диод Шоттки 3А530А

Диоды Шоттки основаны на контакте металл-полупроводник. Такой контакт обладает односторонней проводимостью и, следовательно, может быть использован в качестве диода. Одно из главных достоинств таких диодов, в отличие от диодов, использующих p-n-переход, - отсутствие инжекции неосновных носителей. Контакт Шоттки работает на основных носителях, поэтому его диффузионная емкость равна нулю, а барьерную емкость можно сделать очень маленькой за счет малой площади перехода. Благодаря этому диоды Шоттки обладают хорошими частотными и импульсными свойствами и могут работать на частотах десятки гигагерц. Другим достоинством этих диодов является малое падение напряжения при прямой полярности, что обеспечивает меньшие потери напряжения и мощности.

Диоды Шоттки применяются для выпрямления высокочастотных сигналов, ограничения, выпрямления импульсных сигналов с крутыми фронтами. Кроме того, они нашли применение в интегральной технологии для получения ненасыщенных ключей(ключи Шоттки) в цифровых микросхемах.

Основные параметры

Диод арсенид-галлиевый эпитаксиальный с барьером Шоттки. Предназначен для использования в схемах преобразования импульсных сигналов пико- и наносекундного диапазона. Выпускается в металлокерамическом корпусе с жесткими выводами. Тип диода указывается на групповой таре.

Электрические параметры:

Постоянное прямое напряжение, не более: 1 В(при Iпр=10 мА; T=300 К).

Постоянный обратный ток, не более: 5 мкА(при Uобр=30 В; T=300 К).

Общая емкость диода: 1 пФ(при Uобр=0 В).

Предельные эксплуатационные данные:

Постоянное обратное напряжение: 30 В(при T от 213 до 358 К).

Постоянный или средний прямой ток: 10 мА(при T от 213 до 313 К).

Температура окр. среды: От 213 до 358 К.

Схема включения

Рис. 12 Схема включения диодов Шоттки

ВАХ

Рис. 13 ВАХ диода Шоттки 3А530А

 

 

 

 

Заключение

В ходе выполнения данной работы были изучены строение и принципы действия полупроводниковых приборов диодов, отмечены основные характеристики и параметры данных приборов. Также перечислены важнейшие виды, типы и группы по классификации диодов с обозначениями по ГОСТу, изучены основные свойства p-n-переходов, на основе которых осуществляется электропроводимость приборов. 
Рассмотрены процессы, происходящие при включении диодов в электрическую цепь.