Реферат Діоди Шотки

>ДиодШотки – це напівпровідниковий діод,випрямительние властивості якого засновані на використаннівипрямляющего електричного переходу між металом іполупроводником

Багатьом видів діодів (як-отвипрямительние площинні низькочастотні діоди, імпульсні діоди тощо.), основним фізичним процесом, які обмежують діапазон робочих частот, опинявся процес накопичення та розсмоктування неосновних носіїв заряду у базі діода. Інший фізичний процес –перезаряд бар'єрнійемкостивипрямляющего електричного переходу – мав у розглянутихдиодах другорядне значення і позначався з їхньої частотних властивості лише за певних умов. Тому було висунуто вимоги до конструкції і технології виготовлення діодів, виконання яких забезпечувало б прискорення розсмоктування нагромаджених базі під час дії прямого напруги неосновних носіїв заряду. Зрозуміло, що й виключитиинжекцию неосновних носіїв заряду під час роботи діода, те було б накопичення цих неосновних носіїв у базі і щодо повільного процесу їх розсмоктування. Тут можна перерахувати кілька можливостей практично повного усуненняинжекции неосновних носіїв заряду за збереженнявипрямительних властивостей напівпровідникових діодів.

1. Використання яквипрямляющего електричного переходу (>гетероперехода), тобто. електричного переходу, освіченого внаслідок контакту напівпровідників з різноманітною шириноюзапрещенной зони.Инжекция неосновних носіїв з прямою включенні буде відсутні і під час низки умов і зокрема, за однакової типі електропровідності напівпровідників, їхнім виокремленнямгетеропереход. Такий спосіб усуненняинжекции неосновних носіїв заряду доки знайшов широко він в промисловому виробництвімонокристаллических напівпровідникових діодів через технологічних труднощів.

2. Використання для випрямлення ефекту тунелювання.

3.Инвертирование діодів, тобто. використання для випрямлення лише зворотної галузіВАХ разом із ділянкою, відповідним лавинному пробою. Такий спосіб не знайшов застосування через необхідність мати кожному за діода своє напруга усунення, майже однакову напрузі пробою. З іншого боку, у початковій стадії лавинного пробою вдиоде виникають шуми.

4. Використаннявипрямляющего переходуШотки, тобто.випрямляющего електричного переходу, освіченого внаслідок контакту між металом іполупроводником. Такою переході висота потенційного бар'єра для електронів і дірок може істотно відрізнятимуться. Тому, за включеннівипрямляющего переходуШотки у напрямку прямий струм виникає завдяки руху основних носіїв заряду напівпровідника на метал, а носії іншого знака (неосновні для напівпровідника) мало можуть перейти з металу у напівпровідник через високого їм потенційного бар'єра на переході.

Отже, з урахуваннямвипрямляющего переходуШотки можна створитивипрямительние, імпульсні і надвисокочастотні напівпровідникові діоди, які від діодів з >p-n-переходом найкращими частотними властивостями.

>Випрямительние діодиШотки

На частотні властивості діодівШотки основне вплив має надавати час перезарядження бар'єрнійемкости переходу. Постійна часу перезарядження залежить від опору бази діода . Тому будівник перехідШотки доцільніше створювати на кристалі напівпровідника з електропровідністю n-типу – рухливість електронів більше рухливості дірок. З тієї ж причини має бути велика і концентрація домішок в кристалі напівпровідника.

Проте товщина потенційного бар'єраШотки, виникає вполупроводнике поблизу кордону розділу з металом, має бути досить великий. Тільки за великий товщині потенційного бар'єра (переходуШотки) можна буде потрапити, по-перше, усунути ймовірність тунелювання носіїв заряду крізь потенційний бар'єр, по-друге, отримати достатні значенні пробивного напруження і, по-третє, отримати менші значення удільної (на одиницю виміру площі) бар'єрнійемкости переходу. А товщина переходу чи потенційного бар'єра залежить від концентрації домішок вполупроводнике: що більше концентрація домішок, тим тонше перехід. Звідси випливає протилежне вимога меншою концентрації домішок вполупроводнике.

>Учет цих суперечливих вимог до концентрації домішок в вихідномуполупроводнике призводить до необхідність створення двошарової бази діодаШотки (рис. 1). Більшість кристала – підкладка завтовшки близько 0,2 мм – містить велику концентрацію домішок і має мале удільне опір. Тонкиймонокристаллический шар того самого напівпровідника (завтовшки кілька мікрометрів) з тією ж електропровідністю n-типу можна отримати лежить на поверхні підкладки методомепитаксиального нарощування. Концентрація донора уепитаксиальном шарі мусить бути значно менше, ніж концентрація донора у підкладці.

>Рис. 1. Варіанти структур діодівШотки з двошарової базою

 

Як вихідного напівпровідникового матеріалу длявипрямительних діодівШотки можна використовувати кремній чи арсенід галію. Однак у епітаксійних шарах арсеніду галію не вдається поки що досягти малої концентрації дефектів і низькою концентрації донорів. Томупробивное напруга діодівШотки з урахуванням арсеніду галію виявляється низьким, що є істотним недоліком длявипрямительних діодів.

Металевий електрод наепитаксиальний шар напівпровідника зазвичай завдають методом випаровування в вакуумі з наступним осадженням на поверхнюепитаксиального шару. Перед нанесенням металевого електрода доцільно методамифотолитографии створити вікна воксидном шарі лежить на поверхні напівпровідника. Так легше отримати будівник перехідШотки необхідної площі й конфігурації.

>Випрямительние низькочастотні діоди краще виготовляти з >p-n-переходом.Випрямительние діодиШотки у сфері низьких частот можуть у перспективі мати перевагу наддиодами з >p-n-переходом, що з простотою виготовлення.

Найбільші переваги переддиодами з >p-n-переходом діодиШотки повинен мати привипрямлении великих струмів високої частоти. Тут крім кращих частотних властивостей діодівШотки треба сказати такі їх особливості: менше пряме напруга через меншою висоти потенційного бар'єра для основних носіїв заряду напівпровідника; велика максимально допустима щільність прямого струму, що пов'язано, по-перше, із меншим прямим напругою і, по-друге, із гарнимтеплоотводом відвипрямляющего переходуШотки. Справді, металевий шар, які перебувають з одного боку переходуШотки, зі своєї теплопровідності перевершує будь-якийсильнолегированний шар напівпровідника. З цих самих причинвипрямительние діодиШотки повинні витримувати значно вищі перевантаження по току проти аналогічнимидиодами з >p-n-переходом з урахуванням того самого напівпровідникового матеріалу.

Ще одна особливість діодівШотки залежить від ідеальності прямий галузіВАХ – пряма гілкаВАХ відповідає вираженню: . У цьому зі зміною прямого струму не більше кількох порядків залежність близька до лінійної, чи показнику експоненти за зміни струму не з'являється додаткових множників. Враховуючи цю особливість, діодиШотки можна використовувати як швидкодіючих логарифмічних елементів.

На рис. 2 показаніВАХ кремнієвого діодаШотки2Д219, розрахованого на максимально припустимий прямий струм 10 А. Пряме напруга надиоде при максимально допустимому прямому струмі трохи більше 0,6 У, максимально дозволене зворотне напруга для діода2Д219Б 20 У. Ці діоди допускають проходження імпульсів струму тривалістю до 10 мс з періодом повторення щонайменше 10 хв з амплітудою, в 25 разів перевищує максимально припустимий прямий струм.Диоди розраховані на частотувипрямляемого струму 0,2 МГц.

діод пристрій напівпровідникшотки

>Рис. 2.ВАХ кремнієвого діодаШотки2Д219 в різних температурах

>Импульсние діодиШотки

Вихіднимполупроводниковим матеріалом тих діодів то, можливо, як і й увипрямительних діодівШотки, кремній чи арсенід галію. Але перевагу тут має бути відданоарсениду галію, позаяк у цьому матеріалі тривалість життя неосновних носіїв заряду може бути меншим з. Попри відсутністьинжекции неосновних носіїв заряду через перехідШотки за його включенні у напрямку (що було зазначено раніше), на великих прямих напругах іплотностях прямого струму існує, звісно, деяка складова прямого струму, що зинжекцией неосновних носіїв заряду в напівпровідник. Тому вимога дрібниці часу життя неосновних носіїв в вихідному напівпровідниковому матеріалі залишається для імпульсних діодівШотки.

>Арсенид галію доки вдається отримати з малої концентрацією дефектів, у результатіарсенид-галлиевие діоди мають щодо малі значення пробивних напруг, далекі від теоретично можливих. Це є важливим недоліком длявипрямительних діодів, але з важливо для імпульсних діодів, оскільки більшість імпульсних схем – це низьковольтні схеми.

Виготовлені промисловістюарсенид-галлиевие імпульсні діодиШотки (>3А527А,3А530Б та інших.) призначені від використання в імпульсних схемах піко- інаносекундного діапазону. На відміну відвипрямительних діодівШотки вони теж мають значно менші площівипрямляющих переходів. Тому загальна ємність цих діодів вбирається у 1пФ навіть за нульовому постійному напрузі усунення.


Список використовуваної літератури

1) Напівпровідникові прилади, 2006 р. В.В. Пасинків,Л.К.Чиркин

2) Напівпровідникові надвисокочастотні діоди, 1983 р. М.С.Гусятинер, А.І. Горбачов.


Схожі реферати:

Навігація