Імпульсні діоди та перехідні процеси в них

Імпульсні діоди використовують як ключові елементи в пристроях імпульсної техніки. За конструкцією і характеристиками вони нагадують універсальні діоди. Крім високочастотних властивостей (мінімальної ємності ), ці діоди повинні мати мінімальну тривалість перехідних процесів у момент вмикання та вимикання.

Перехідні процеси у діодах існують завжди й особливо виявляються при роботі з імпульсами малої тривалості або миттєвими перепадами напруг і струмів. Вони пов’язані з процесами накопичення та розсмоктування носіїв у базі діода.

Розглянемо ці фізичні процеси (рис. 2.6 та 2.7) при високому рівні інжекції.

При вмиканні прямого струму в момент у базі діода поступово наростає надлишкова концентрація неоснов­них нерівноважних носіїв заряду (рис. 2.6 в). У початковий момент внаслідок малої кількості цих носіїв електропровідність приладу незначна (опір бази великий), і пряма напруга на діоді буде завищеною (як спад напруги на великому опорі бази діода при протіканні ). У міру накопичення неосновних носіїв (інжекції) опір бази поступово зменшується, і напруга на діоді також зменшується до усталеного значення (рис. 2.6 б). Час називається часом установлення прямого опору.

Рисунок 2.6 – Перехідні процеси в діоді при вмиканні

Якщо тепер перемкнути діод, тобто замінити на запірну в момент (рис. 2.7 а), то зворотний струм різко зростає до значення (рис. 2.7 б) внаслідок того, що опір бази не може зрости миттєво. Ще у стані прямого ввімкнення діода поле - переходу виштовхує дірки з n-області бази, створюючи дрейфовий струм. Безпосередньо після моменту перемикання ефективність екстракції стає значно вищою (за рахунок зменшення дифузійного струму), і нерівноважні дірки розсмоктуються з бази, збільшуючи її опір (рис. 2.7 в). Розсмоктуванню неосновних носіїв з бази сприяє й рекомбінація дірок з електронами. Цей процес проходить впродовж часу відновлення зворотного опору бази до того моменту, поки струм не зменшиться до рівноважного усталеного значення , яке відповідає великому опору включеного в зворотному напрямі - переходу і збідненої на носії бази.

Рисунок 2.7 – Перехідні процеси в діоді при вимиканні

Швидкодія імпульсних діодів збільшується за допомогою введення спеціальних легуючих домішок, які зменшують середню тривалість життя неосновних носіїв. Такими домішками до НП n-типу є, наприклад, золото.

Іншим способом зменшення часу відновлення зворотного опору бази є використання бази з нерівномірною концентрацією домішок. Це можна здійснити, наприклад, за допомогою дифузії акцепторів до НП n-типу. На рисунку 2.8 показано розподіл різниці концентрацій акцепторів та донорів і створення - переходу в НП.

Рисунок 2.8 – Створення переходу з нерівномірним розподілом донорів у базі дифузією акцепторів до НП n-типу

З рисунка бачимо, що концентрація домішок у базі при наближенні до - переходу зменшується, тому нерівно­мірною буде й концентрація основних носіїв – електронів. Унаслідок цього електрони дифундують у бік - переходу, залишаючи за собою нескомпенсований заряд позитивних іонів. У базі виникає електричне поле , спрямоване в бік переходу. Під дією цього поля дірки, інжектовані до бази при вмиканні діода в прямому напрямі, накопичуються біля межі - переходу. При перемиканні діода з прямого напряму на зворотний ці дірки під дією поля - переходу швидко виходять з бази до емітера, і час відновлення зворотного опору зменшується. Діоди з такою технологією виготовлення називають діодами з накопиченням заряду.

Досить ефективним шляхом збільшення швидкодії імпульсних діодів є використання в них бар’єрів Шотткі. Як відомо, в таких діодах зовсім відсутня інжекція (див. п. 1.3.4).

Основні спеціальні параметри імпульсних діодів: ім­пульсна пряма напруга при даному імпульсі прямого струму; час усталення прямої напруги ; час відновлення зворотного опору . Останній параметр зашифровано в третьому елементі позначення діода (таблиця 2.2).

Таблиця 2.2

	>150 нс	30-150 нс	5-30 нс	1-5 нс	<1 нс
Третій елемент позначення

Приклад позначення імпульсних діодів: 2Д504А – кремнієвий, імпульсний, призначений для пристроїв спеціального використання, час відновлення зворотного опору більший за 150 нс, номер розробки 04, група А.

Більшість імпульсних діодів має металево-скляне або скляне конструктивне оформлення.