Polovodičová dioda. Velká ruská encyklopedie

polovodičová dioda, dvouelektrodové elektronické zařízení vyrobené na bázi polovodičového krystalu; druh polovodičového zařízení. Koncept „polovodičové diody“ spojuje zařízení s různými principy činnosti a mající různé účely. Působení polovodičové diody je způsobeno vlastnostmi buď přechodu elektron-díra nebo kontaktu kov-polovodič (Schottkyho diody), nebo objemovým efektem doménové nestability homogenního polovodiče (diody s intervalovým elektronovým přechodem).

Nejrozšířenější jsou polovodičové diody, jejichž činnost je založena na použití p–n přechodu. Pokud k p–n-aplikujte napětí na přechod diody v propustném směru, když je kladný pól napájecího zdroje připojen k oblasti р-typ a negativní – s plochou n-typ, pak se potenciálová bariéra přechodu zmenšuje a diodou protéká velký propustný proud. Při použití napětí s obrácenou polaritou se potenciálová bariéra zvětší p–n-přechod teče jen velmi malý menšinový nosný proud (zpětný proud). Proudově-napěťová charakteristika polovodičové struktury s p–n-přechod je asymetrický. Tato vlastnost je základem pro činnost usměrňovacích polovodičových diod určených k přeměně střídavého proudu (s frekvencí obvykle do 5 kHz) na stejnosměrný proud. Frekvenční limit usměrňovací polovodičové diody je omezen setrvačností určenou životností minoritních nosičů náboje. Pro usměrňovací zařízení a jiné silnoproudé elektrické obvody se vyrábějí usměrňovací polovodičové diody, které mají přípustný usměrněný proud do 300 A a maximální přípustné zpětné napětí U_arr až několik kilovoltů. Vychovat U_arr do několika desítek kilovoltů se používají usměrňovací kolony.

Dopování polovodičů nečistotami (především zlatem) umožnilo výrazně snížit životnost nosičů náboje a vytvořit vysokorychlostní pulzní polovodičové diody (s dobou sepnutí 10–7–10–10 s), určené především pro provoz ve spínací režim elektrických obvodů.

Při určitých zpětných (tzv. průrazných) napětích v p–n-přechod, dojde k elektrickému průrazu, vedoucímu k prudkému nárůstu proudu s téměř konstantním napětím na polovodičové diodě. Tento efekt je základem pro činnost polovodičových zenerových diod, používaných zejména ve stabilizátorech a omezovačích stejnosměrného a pulzního napětí, jako zdroj referenčního napětí a v potenciometrických zařízeních.

Setrvačnost ve vývoji lavinového rozpadu v p–n-přechod způsobuje vznik záporného rozdílového odporu v mikrovlnném rozsahu spojeného s fázovým posunem mezi proudem a napětím v diodě. Tento princip je základem činnosti lavinových diod používaných ke generování mikrovlnných oscilací, jejichž frekvenční limit dosahuje 150 GHz. Lavinový rozpad p–n-přechod je doprovázen výraznými výkyvy, vedoucími k velkému množství šumu, čehož se využívá u šumových diod.

Polovodičový přechod při použití zpětného napětí (nepřesahujícího U_arr) se chová jako kondenzátor, kapacita C_Б který závisí na použitém napětí. Této vlastnosti se využívá u varikapů používaných pro elektronické ladění rezonančních frekvencí oscilačních obvodů, v parametrických mikrovlnných diodách používaných k zesílení amplitudy signálu, v násobicích mikrovlnných diodách k násobení frekvence signálu. Polovodičové mikrovlnné diody používané pro detekci a konverzi elektrických signálů v mikrovlnném rozsahu (mikrovlnné detektorové diody, mikrovlnné směšovací diody atd.) se obvykle montují přímo do vlnovodných systémů, což klade určité požadavky na konstrukci takových diod, jakož i na volba struktury a geometrie polovodičového krystalu. Ve většině případů se jedná o bodové diody s kov-polovodičovým usměrňovacím kontaktem. Zmenšení plochy p–n-přechody a použití konstrukce se Schottkyho bariérou poskytují nízkou hodnotu kapacity C_Б takové polovodičové diody. Pro získání nízkého odporu báze r_б (hlavní zdroj aktivních ztrát) se obvykle na původní polovodičový wafer s nízkým odporem (substrát) nanáší tenká vrstva vysokoodporového polovodiče metodou epitaxního růstu. Pro řízení úrovně výkonu v mikrovlnných přenosových vedeních se používají spínací mikrovlnné diody, jejichž činnost je založena na prudké změně jejich elektrického odporu při změně polarity vstupního napětí, a dále omezovací diody.

Mezi polovodičové mikrovlnné diody patří také tunelové diody a reverzní diody, jejichž působení je založeno na tunelovém efektu, ke kterému dochází v p–n– křižovatka o šířce ne větší než 10–2 mikronů. Praktická setrvačnost těchto zařízení v mikrovlnném rozsahu zajišťuje úspěšný provoz tunelových diod ve vysokorychlostních pulzních zařízeních (multivibrátory, spouštěče atd.), v zesilovačích a generátorech elektrických kmitů a reverzních diodách – jako detektory a směšovače mikrovlnných signály.

Speciální skupina polovodičových diod (neobsahující p–n-junction) jsou diody s intervalovým přechodem elektronů (Gunnovy diody), u kterých se v důsledku zvláštností pásové struktury určité třídy polovodičů (hlavně GaAs, InP) vyskytuje v silném elektrickém poli záporná diferenciální vodivost. Gunnovy diody se používají k zesílení a generování mikrovlnných oscilací s frekvencí až 100 GHz.

Vlastnost fotonů a jaderných částic vytvářet páry elektron-díra a tím zvyšovat zpětný proud p–n-přechod při pohlcení záření v aktivní oblasti polovodičového krystalu, přímo sousedící s přechodem, tvoří základ fotodiod a polovodičových detektorů jaderného záření. Optimální pro tento typ diody je kolík– struktura, jejíž vlastnosti jsou do značné míry podobné těm p–n-přechod. Radiační rekombinace elektronů a děr za podmínek průtoku p–n-dopředný proudový přechod, charakteristický pro některé polovodičové struktury, se používá u emisních diod a polovodičových laserů, které lze také zařadit mezi polovodičové diody. Emisní spektrum je určeno zakázaným pásmem polovodiče a navíc dopingovými nečistotami, které tvoří centra radiační rekombinace.

Mezi polovodičové diody patří i neřízené čtyřvrstvé p–n–p–n-struktura; taková zařízení se nazývají dinistory.

Planární technologie je široce používána pro výrobu polovodičových diod a rozšířily se různé technologické metody (fúze, difúze, epitaxní růst atd.). Jako polovodičové materiály se používají především křemík a germanium, polovodiče skupiny A Ⅲ – B Ⅴ (například GaAs, GaP, InP) a jejich tuhé roztoky, jako kontaktní materiály – zlato, hliník, cín, nikl, měď. Pro ochranu polovodičového čipu bývá polovodičová dioda umístěna v kov-skleněném, kovokeramickém, skleněném nebo plastovém pouzdře.

S rozvojem polovodičové elektroniky se přešlo k výrobě (spolu s diskrétními polovodičovými diodami) diodových struktur v polovodičových monolitických integrovaných obvodech a funkčních zařízeních.

Polovodičové diody se od svých elektrických vakuových analogů (například kenotron, zenerova dioda s plynovou výbojkou) liší zpravidla výrazně vyšší spolehlivostí a životností, menšími celkovými rozměry a hmotností, lepšími technickými vlastnostmi, nižší cenou a proto je ve většině případů nahrazují. oblastí. Polovodičové diody se používají v radioelektronice, elektrotechnice, výpočetní technice a automatizaci; používané v zařízeních pro přenos a zobrazování informací atd.

Aladinský Vladimír Konstantinovič. První publikace: Elektronika: encyklopedický slovník, 1991.

Publikováno 23. listopadu 2023 v 10:54 (GMT+3). Poslední aktualizace 23. listopadu 2023 v 10:54 (GMT+3). Kontaktujte redakci