Полупроводниковые приборы (стр. 2 из 4)

Большинство П. д. изготавливают, используя планарно-эпитаксиальную технологию (см. Планарная технология), которая позволяет одновременно получать до нескольких тысяч П. д. В качестве полупроводниковых материаловдля П. д. применяют главным образом Si, а также Ge, GaAs, GaP и др., в качестве контактных материалов - Au, Al, Sn, Ni, Cu. Для защиты кристалла П. д. его обычно помещают в металло-стеклянный, металло-керамический, стеклянный или пластмассовый корпус (рис.5).

В СССР для обозначения П. д. применяют шестизначный шифр, первая буква которого характеризует используемый полупроводник, вторая - класс диода, цифры определяют порядковый номер типа, а последняя буква - его группу (например, ГД402А - германиевый универсальный диод; КС196Б - кремниевый стабилитрон).

От своих электровакуумных аналогов, например кенотрона, газоразрядного стабилитрона, индикатора газоразрядного, П. д. отличаются значительно большими надёжностью и долговечностью, меньшими габаритами, лучшими техническими характеристиками, меньшей стоимостью и поэтому вытесняют их в большинстве областей применения.

С развитием ПП электроники совершился переход 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.

Рис.1 Энергетические диаграммы электронно-дырочного перехода туннельного диода

Рис.2 Вольтамперные характеристики туннельных диодов

Туннельный диод

Туннельный диод, двухэлектродный электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, в котором имеется очень узкий потенциальный барьер, препятствующий движению электронов; разновидность полупроводникового диода. Вид вольтамперной характеристики (ВАХ) Т.д. определяется главным образом квантово-механическим процессом туннелирования (см. Туннельный эффект), благодаря которому электроны проникают сквозь барьер из одной разрешенной области энергии в другую. Изобретение Т.д. впервые убедительно продемонстрировало существование процессов туннелирования в твёрдых телах. Создание Т.д. стало возможно в результате прогресса в полупроводниковой технологии, позволившего создавать полупроводниковые материалы с достаточно строго заданными электронными свойствами. Путём легирования полупроводника большим количеством определённых примесей удалось достичь очень высокой плотности дырок и электронов в р - и n - областях, сохранив при этом резкий переход от одной области к другой (см. Электронно-дырочный переход).Ввиду малой ширины перехода (50-150 Å) и достаточно высокой концентрации легирующей примеси в кристалле, в электрическом токе через Т.д. доминируют туннелирующие электроны. На рис.1 приведены упрощённые энергетические диаграммы для таких р - n - переходов при четырёх различных напряжениях смещения U. При увеличении напряжения смещения до U₁ межзонный туннельный ток (i_t на рис.1, б) возрастает. Однако при дальнейшем увеличении напряжения (например, до значения U₂, рис.1, в) зона проводимости в n-oбласти и валентная зона в р-области расходятся, и ввиду сокращения числа разрешенных уровней энергии для туннельного перехода ток уменьшается - в результате Т.д. переходит в состояние с отрицательным сопротивлением. При напряжении, достигшем или превысившем U₃ (рис.1, г), как и в случае обычного р - n-перехода, будет доминировать нормальный диффузионный (или тепловой) ток.

Первый Т.д. был изготовлен в 1957 из германия; однако вскоре после этого были выявлены др. полупроводниковые материалы, пригодные для получения Т.д.: Si, InSb, GaAs, InAs, PbTe, GaSb, SiC и др. На рис.2 приведены ВАХ ряда Т.д. В силу того что Т.д. в некотором интервале напряжений смещения имеют отрицательное дифференциальное сопротивление и обладают очень малой инерционностью, их применяют в качестве активных элементов в высокочастотных усилителях электрических колебаний, генераторах и переключающих устройствах.

Рис.1. Схема включения стабилитрона в параметрическом стабилизаторе напряжения

Рис.2. Вольтамперная характеристика стабилитрона

Стабилитрон

Стабилитрон [от лат. stabilis - устойчивый, постоянный и (элек) трон], двухэлектродный газоразрядный или полупроводниковый прибор, напряжение на котором при изменении (в определённых пределах) протекающего в нём тока изменяется незначительно.С. применяют для поддержания постоянства напряжения на заданном участке электрической цепи, например в стабилизаторах напряжения (см. Стабилизатор электрический) - параметрических (рис.1) либо компенсационных (в качестве опорного элемента), в импульсных устройствах, ограничителях уровня напряжения и т.д. Коэффициент стабилизации напряжения К, характеризующий относительное изменение напряжений на входе и выходе участка цепи [К = (DUвх/Uвх): (DUвых/Uвых)], определяется видом вольтамперной характеристики С. (рис.2) и величиной сопротивления балластного резистора Rб; чем характеристика положе, тем сильнее стабилизирующий эффект.

Действие газоразрядных С. основано на свойствах тлеющего разряда и коронного разряда.С. тлеющего разряда выполняются в виде коаксиальной или плоскопараллельной системы электродов, помещенных в баллон, наполненный инертным газом под давлением несколько кн/м². Область значений стабилизируемого напряжения у таких С.60-150 в, рабочий диапазон токов 5-40 ма.С. коронного разряда выполняются обычно в виде коаксиальной системы электродов с анодом малого радиуса и катодом большого радиуса (отношение радиусов ~ 5-10); баллон С. наполнен газом (водородом) под относительно высоким давлением - от нескольких кн/м² до давлений, превышающих атмосферное (100 кн/м²). Они предназначены для стабилизации высоких напряжений (~3Ї10²-3Ї10⁴в) при малых токах (от ~10^-2 до 1-1,5 ма).

Полупроводниковый стабилитрон

Полупроводниковый стабилитрон, полупроводниковый диод, на выводах которого напряжение остаётся почти постоянным при изменении в некоторых пределах величины протекающего в нём электрического тока. Рабочий участок вольтамперной характеристики П. с. находится в узкой области обратных напряжений, соответствующих электрическому пробою его р-n-перехода. При напряжениях пробоя U_np<5 в механизм резкого возрастания тока (пробой) связан с туннельным эффектом, а при U_np> 6,5 в - с лавинным умножением носителей заряда; при промежуточных напряжениях генерируемые первоначально (вследствие туннельного эффекта) носители заряда создают условия для управляемого лавинного пробоя. В СССР выпускаются (1975) кремниевые П. с. на различные номинальные напряжения стабилизации в диапазоне от 3 до 180 в.П. с. применяют главным образом для стабилизации напряжения и ограничения амплитуды импульсов, в качестве источника опорного напряжения, в потенциометрических устройствах.

Варикап

[англ. varicap, от vari (able) - переменный и cap (acity) - ёмкость], конденсатор в виде полупроводникового диода, ёмкость которого нелинейно зависит от приложенного к нему электрического напряжения. Эта ёмкость представляет собой барьерную ёмкость электронно-дырочного перехода и изменяется от единиц до сотен пф (у отдельных В. практически в 3-4 раза) при изменении обратного (отрицательного знака) напряжения на несколько десятков вольт.В. обладает высокой добротностью (малыми потерями электрической энергии), малым температурным коэффициентом ёмкости, независимостью от частоты практически во всём диапазоне радиочастот, стабильностью параметров во времени.В. изготавливают на базе кремния, германия, арсенида галлия (см. Полупроводниковые материалы).В радиоэлектронных устройствах свойство нелинейности изменения ёмкости В. применяют для получения параметрического усиления, умножения частоты и др., а возможность электрического управления значением ёмкости - для дистанционной и безынерционной перестройки резонансной частоты колебательного контура и др.

полупроводниковый прибор электронный полупроводник

Транзистор

Рис.1 Транзисторы (схема)

Транзистор (от англ. transfer - переносить и resistor - сопротивление), электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три (или более) вывода, предназначенный для генерирования и преобразования электрических колебаний.