ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД
двухэлектродный
электронный прибор на основе полупроводникового (ПП) кристалла. Понятие
"П. д." объединяет различные приборы с разными принципами действия, имеющие
разнообразное назначение. Система классификации П. д. соответствует общей
системе классификации полупроводниковых приборов. В наиболее распространённом
классе электропреобразоват. П. д. различают: выпрямит, диоды, импульсные
диоды, стабилитроны, диоды СВЧ (в т. ч. видеодетекторы, смесительные, параметрические,
усилительные и генераторные, умножительные, переключательные). Среди оптоэлектронных
П. д. выделяют фотодиоды, светоизлучающие диоды и ПП квантовые генераторы.
Наиболее многочисленны П. д., действие
к-рых основано на использовании свойств электронно-дырочного перехода
(р-n-перехода). Если к р-га-переходу диода (рис. 1) приложить
напряжение в прямом направлении (т. н. прямое смещение), т. е. подать на
его р-область положит. потенциал, то потенциальный барьер, соответствующий
переходу, понижается и начинается интенсивная ин-жекция дырок из р-области
в я-область и электронов из n-области в р-область -течёт большой прямой
ток (рис. 2). Если приложить напряжение в обратном направлении (обратное
смещение), то потенциальный барьер повышается и через р - n-переход
протекает лишь очень малый ток неосновных носителей заряда (обратный ток).
На рис. 3 приведена эквивалентная схема такого П. д.
На резкой несимметричности вольтам-перной
Использование спец. технологич. приёмов
При невысоких пробивных напряжениях обычно
В предпробойной области обратный ток диода
Рис. 1. Структурная схема полупроводникового
Рис. 2. Типичная вольтамперная характеристика
Рис. 3. Малосигнальная (для низких уровней
Рис. 4. Вольт-амперные характеристики туннельного
Для детектирования и преобразования электрич.
При подаче на р-n-переход обратного
У р-n-перехода на основе очень низ-коомного
К П. д. относят также ПП приборы с двумя
Большинство П. д. изготавливают, используя
Рис. 5. Полупроводниковые диоды (внешний
В СССР для обозначения П. д. применяют
От своих электровакуумных аналогов, напр.
С развитием ПП электроники совершился переход
Об историч. сведениях см. в ст. Полупроводниковая
Лит.: Полупроводниковые диоды. Параметры.
. Ю. Р. Носов.
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
характеристики (ВАХ) основана работа выпрямительных (силовых) диодов. Для
выпрямит. устройств и др. сильноточных электрич. цепей выпускаются выпрямит.
П. д., имеющие допустимый выпрямленный ток I
и
макс, допустимое обратное напряжение U*обр. от 20-30 в до 1-2 кв.
П. д. аналогичного применения для слаботочных цепей имеют
I
и наз. универсальными. При напряжениях, превышающих U*обр, ток резко возрастает,
и возникает необратимый (тепловой) пробой р-n-перехода, приводящий
к выходу П. д. из строя. С целью повышения U*обр до неск. десятков
кв
используют выпрямительные столбы, в к-рых неск. одинаковых выпрямит.
П. д. соединены последовательно и смонтированы в общем пластмассовом корпусе.
Инерционность выпрямит. диодов, обусловленная тем, что время жизни инжектированных
дырок (см. Полупроводники)
составляет > 10-5 -10-4
сек, ограничивает частотный предел их применения (обычно областью
частот 50-2000 гц).
(гл. обр. легирование германия и кремния золотом) позволило снизить время
переключения до 10-7-10-10 сек и создать быстродействующие
импульсные П. д., используемые, наряду с диодными матрицами, гл.
обр. в слаботочных сигнальных цепях ЭВМ.
развивается не тепловой, а обратимый лавинный пробой р - я-перехода
- резкое нарастание тока при почти неизменном напряжении, наз. напряжением
стабилизации Ucт. На использовании такого пробоя основана работа полупроводниковых
стабилитронов. Стабилитроны общего назначения с Ucт. от 3-5 в до
100-150 в применяют гл. обр. в стабилизаторах и ограничителях постоянного
и импульсного напряжения; прецизион. стабилитроны, у к-рых встраиванием
компенсирующих элементов достигается исключительно высокая температурная
стабильность Ucт. (до 1*10-5 -5-10-6 К-1),-
в качестве источников эталонного и опорного напряжений.
подвержен очень значит, флуктуа-циям; это свойство р-n-перехода используют
для создания генераторов шума. Инерционность развития лавинного пробоя
в р-n-переходе (характеризующаяся временем 10-9 -10-10сек)
обусловливает
сдвиг фаз между током и напряжением в диоде, вызывая (при соответствующей
схеме включения его в электрич. цепь) генерирование СВЧ колебаний. Это
свойство успешно используют в лавинно-пролётных полупроводниковых диодах,
позволяющих осуществлять генераторы с частотами до 150 Ггц.
диода с р -n-переходом: 1- кристалл; 2 - выводы (токоподводы); 3
-электроды (омические контакты); 4 - плоскость р - n-перехода.
полупроводникового диода с р - n-переходом: U - напряжение
на диоде; 1 - ток через диод; U
допустимое обратное напряжение и соответствующий обратный ток; U
Сигнала) эквивалентная схема полупроводникового диода с р - п- переходом:
r
-n-перехода; С
р
- n-переходу.
(1) и обращённого (2) диодов; U - напряжение на диоде; I
- ток через диод.
сигналов в области СВЧ используют смесительные П. д. и видеодетекторы,
в большинстве
к-рых р-n-переход образуется под
точечным контактом. Это обеспечивает малое значение ёмкости С
обеспечивает малые значения паразитных индуктивности L
смещения, не превышающего U*обр, он ведёт себя как высокодобротный
конденсатор, у к-рого ёмкость СБ зависит от величины приложенного напряжения.
Это свойство используют в варикапах, применяемых преим. для электронной
перестройки резонансной частоты колебат. контуров, в параметрических
полупроводниковых диодах, служащих для усиления СВЧ колебаний, в варакто-рах
и умножительных диодах, служащих для умножения частоты колебаний в диапазоне
СВЧ. В этих П. д. стремятся уменьшить величину сопротивления Тб (осн.
источник активных потерь энергии) и усилить зависимость ёмкости Св от напряжения
U*обр.
(вырожденного) полупроводника область, обеднённая носителями заряда, оказывается
очень тонкой (10-2 мкм), и для неё становится существенным
туннельный механизм перехода электронов и дырок через потенциальный барьер
(см. Туннельный эффект). На этом свойстве основана работа туннельного
диода, применяемого в сверхбыстродействующих импульсных устройствах
(напр., мультивибраторах, триггерах), в усилителях и генераторах
колебаний СВЧ, а также обращённого диода, применяемого в качестве детектора
слабых сигналов и смесителя СВЧ колебаний. Их ВАХ (рис. 4) существенно
отличаются от ВАХ других П. д. как наличием участка с "отрицательной проводимостью",
ярко выраженной у туннельного диода, так и высокой проводимостью при нулевом
напряжении.
выводами, имеющие неуправляемую четырёхслойную р - n- р - n-структуру
и наз. динисторами (см. Тиристор), а также приборы, использующие
объёмный эффект доменной неустойчивости в ПП структурах без р-n-перехода
- Ганна диоды. В П. д. используют и др. разновидности ПП структур:
контакт металл - полупроводник (см. Шотки эффект, Шотки диод) и
р-i-n-структуру,
характеристики к-рых во многом сходны с характеристиками
р-n-перехода.
Свойство р-i-n-структуры изменять свои электрич. характеристики
под действием излучения используют, в частности, в фотодиодах
и
детекторах
ядерных излучений, устроенных т.о., что фотоны или ядерные частицы
могут поглощаться в активной области кристалла, непосредственно примыкающей
к р - n-переходу, и изменять величину обратного тока последнего.
Эффект излучат, рекомбинации электронов и дырок, проявляющийся в
свечении нек-рых р- n-переходов при протекании через них прямого
тока, используется в светоизлучающих диодах. К П. д. могут быть
отнесены также и полупроводниковые лазеры.
планарно-эпитаксиальную технологию (см. Планарная технология), к-рая
позволяет одновременно получать до неск. тысяч П. д. В качестве полупроводниковых
материалов для П. д. применяют гл. обр. Si, а также Ge, GaAs, GaP и
др., в качестве контактных материалов- Au, Al, Sn, Ni, Си. Для защиты кристалла
П. д. его обычно помещают в металло-стеклянный, металло-керами-ческий,
стеклянный или пластмассовый Корпус (рис. 5).
вид): 1 - выпрямительный диод; 2 - фотодиод; 3 - СВЧ диод;
4
и
5 -диодные матрицы; 6 - импульсный диод. Корпуса диодов:
1 и 2 - металло-стек-лянные; 3 и 4 - металло-керамические;
5
- пластмассовый; 6 - стеклянный.
шестизначный шифр, первая буква к-рого характеризует используемый полупроводник,
вторая - класс диода, цифры определяют порядковый номер типа, а последняя
буква - его группу (напр., ГД402А - германиевый универсальный диод; КС196Б
- кремниевый стабилитрон).
кенотрона,
газоразрядного
стабилитрона, индикатора газоразрядного,
П. д. отличаются значительно
большими надёжностью и долговечностью, меньшими габаритами, лучшими технич.
характеристиками, меньшей стоимостью и поэтому вытесняют их в большинстве
областей применения.
к производству наряду с дискретными П. д. диодных структур в ПП монолитных
интегральных
схемах и функциональных устройствах, где П. д. неотделим от всей конструкции
устройства.
электроника.
Методы измерений, М,, 1968; Федотов Я. А., Основы физики полупроводниковых
приборов, М., 1970; Пасынков В. В., Чиркин Л. К., Шинков А. Д., Полупроводниковые
приборы, М., 1973; 3 и С. М., физика полупроводниковых приборов, пер. с
англ., М., 1973.