Исходный материал выпрямительных диодов

В качестве исходного материала при изготовлении выпрямительных дио-

дов используют в основном германий и кремний.

Вольт-амперные характеристики германиевых и кремниевых диодов

одинаковой конструкции различаются. На рисунке 1 показаны для сравне-

ния характеристики германиевого (Ge) и кремниевого (Si) диодов.

Поскольку ширина запрещенной

зоны у кремния больше, чем у гер-

мания, обратный ток кремниевых

диодов значительно меньше. Кроме

того, обратная ветвь характеристики

кремниевых диодов не имеет явно

выраженного участка насыщения,

что обусловлено генерацией носите-

лей зарядов в р-n-переходе и токами

утечки по поверхности кристалла.

Вследствие большого обратного

тока у германиевых диодов почти

сразу наступает тепловой пробой,

Рисунок 1 – ВАХ выпрямительных диодов

приводящий к разрушению кри-

сталла. У кремниевых диодов из-за

малого обратного тока вероятность теплового пробоя мала, и у них возника-

ет электрический пробой.

Прямой ток кремниевого диода, равный току германиевого диода, достигает-

ся при бόльшем значении прямого напряжения. Поэтому мощность, рассеиваемая

при одинаковых токах, в германиевых диодах меньше, чем в кремниевых. По

этой причине крутизна ВАХ у германиевых диодов больше, чем у кремниевых.

На характеристики диодов существенное влияние оказывает температура

окружающей среды. С ростом температуры становится интенсивнее генера-

ция носителей зарядов и увеличиваются обратный и прямой токи диода.

Для приближенной оценки можно считать, что с увеличением темпера-

туры на 10 градусов обратный ток германиевых диодов возрастает в 2, а

кремниевых – в 2,5 раза. Однако вследствие того, что при комнатной темпе-

ратуре обратный ток у германиевого диода значительно больше, чем у

кремниевого, абсолютное значение приращения обратного тока у германие-

вого диода с ростом температуры оказывается в несколько раз больше, чем

у кремниевого. Это приводит к увеличению потребляемой диодом мощно-

сти, его разогреву и уменьшению напряжения теплового пробоя. У крем-

ниевых диодов из-за малого обратного тока вероятность теплового пробоя

мала, и у них вначале возникает электрический пробой.

Пробой кремниевых диодов определяется процессами лавинного умно-

жения носителей зарядов при ионизации атомов кристаллической решетки.

С повышением температуры увеличивается тепловое рассеивание подвиж-

ных носителей зарядов и уменьшается длина их свободного пробега. Для

того чтобы электрон на меньшем пути приобрел энергию, достаточную для

ионизации, необходимо увеличение ускоряющего поля, что достигается при

бόльшем обратном напряжении. Это объясняет увеличение пробивного на-

пряжения кремниевых диодов с ростом температуры.