Полупроводниковые диоды. Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним p-п-переходом переходом и двумя выводами (электродами): анод А и катод К.

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним p-п-переходом переходом и двумя выводами (электродами): анод А и катод К.

Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом.

История создания и развития диодов

В 1899 году германский учёный Карл Фердинанд Браун запатентовал выпрямитель на кристалле^[3]. Джэдиш Чандра Боус развил далее открытие Брауна в устройство применимое для детектирования радио. Около 1900 года Гринлиф Пикард создал первый радиоприёмник на кристаллическом диоде. Первый термионный диод был запатентован в Британии Джоном Амброзом Флемингом (научным советником компании Маркони и бывшим сотрудником Эдисона) в 1904 году в ноябре шестнадцатого (патент США № 803684 от ноября 1905 года). В 1906 году в ноябре двадцатого Пикард запатентовал кремниевый кристаллический детектор (патент США № 836531).

В конце XIX века устройства подобного рода были известны под именем выпрямителей, и лишь в 1919 году Вильям Генри Иклс ввёл в оборот слово «диод», образованное от греческих корней «di» — два, и «odos» — путь^[1].

Полупроводниковый диод в стеклянном корпусе. На фотографии виден полупроводник с контактами, подходящими к нему.

Диод ДГ-Ц25. 1959 г.

Как мы говорили на предыдущей лекции при включении р-n-перехода под прямое напряжение U_np сопротивление p-n-перехода R_np снижается, а ток I_пр возрастает. При обратном напряжении U_обр обратный ток I_обр неосновных носителей заряда оказывается во много сотен или тысяч раз меньше прямого тока. При напряжении U > U_обр.max (см. точку а на вольт-амперной характеристике (ВАХ) диода (рис. 1.3)) начинается лавинообразный процесс нарастания обратного тока I_обр, соответствующий электрическому пробою p-n-перехода, переходящий (если не ограничить ток) в необратимый тепловой пробой (после точки б на рис. 1.3).

Точное значение тока диода описывается уравнением, в котором учитываются значения падения напряжения на переходе, температуры перехода и нескольких физических констант. Это уравнение называется уравнением диода:

где,

I = ток диода (А),

I_S = ток насыщения (А), (обычно А),

e = знак экспоненты (константа Эйлера ~ 2,718281828),

q = электрический заряд электрона (1,6 Кл),

V = напряжение на диоде (В),

N = коэффициент «неидеальности» (обычно от 1 до 2),

k = постоянная Больцмана (1,38 ),

T = температура перехода (К).

Делая допущения в отношении указанных значений уравнение диода можно упростить и записать в следующей форме:

где,

I = ток диода (А),

I_S = ток насыщения (А), (обычно 1 х 10-12А),

e = константа Эйлера (~ 2,718281828),

VD = напряжение на диоде (В).

Так как напряжение на полностью открытом диоде не превышает 0,5...0,7 В, то для приближенных расчетов диод рассматривают как вентиль: открыт — закрыт, имеющий ВАХ, изображенную на рис. 1.4.

Основными характеристиками диода являются:

постоянный обратный ток диода

постоянное обратное напряжение диода

постоянный прямой ток диода

диапазон частот диода

дифференциальное сопротивление

ёмкость

пробивное напряжение

максимально допустимая мощность

максимально допустимый постоянный прямой ток диода