Устройство диодов

Способы получения электронно-дырочного перехода. Для создания р-п-перехода в полупроводниковых приборах наибольшее распростране­ние получили два метода: сплавной и диффузионный.

Сплавной метод заключается в сплавлении полупроводника типа п с помещенной на его поверхности таблеткой из акцепторной примеси или полупроводника типа р с таблеткой донорной примеси. Для этого из кристаллического полупроводника (германия или кремния) нареза­ют тонкие пластинки, которые тщательно полируют и протравливают. Промытые и высушенные пластинки закладывают вместе с таблеткой из примесного вещества в специальные кассеты, которые загружают в вакуумную или водородную печь и нагревают до температуры 500-550°С. Температуру нагрева выбирают таким образом, чтобы прилежа­щий к таблетке слой полупроводника растворялся в расплавленном материале примеси. При охлаждении полупроводник рекристаллизуется, захватывая примеси, в результате чего изменяется тип его прово­димости. Поэтому на границе между исходным и рекристаллизованным полупроводником образуется р-п-переход.

При изготовлении германиевых диодов пластинку из германия сплавляют с таблеткой индия, при изготовлении кремниевых диодов пластинку кремния сплавляют с таблеткой алюминия (фольгойиз алю­миниевого сплава). Процесс получения р-п-перехода по сплавной техно­логии обычно совмещается с выполнением других операций, необходи­мых для изготовления диода: приплавлением контактов для отвода тока от пластинки из полупроводника, выводов и пр.

Диоды, рассчитанные на малые токи, изготовляют по микросплавной технологии. В этом случае на поверхность пластинки из полупровод­ника наносят электролитическим путем тонкую пленку примесного вещества.

При диффузионном методе создания р-п-перехода пластинки из гep- мания или кремния вместе с некоторым количеством примесного материала загружают в ампулы, из которых предварительно откачивают воздух. После загрузки ампулы помещают в печь. При повышенной температуре внутри ампул создается давление паров примесного материала т и атомы примеси начинают диффундировать (внедряться) в полупроводник. В результате такой обработки вблизи поверхности полупроводниковой пластинки создается слой с высокой концентрацией атомов и примеси, что приводит к изменению типа проводимости основного полупроводника. Между этим слоем и массой основного полупроводника образуется р-n-переход.

В настоящее время оба метода находят применение. Однако дляизготовления мощных диодов преимущественное распространение получил диффузионный метод.

Конструктивное исполнение. Промышленностью выпускается большой ассортимент германиевых и кремниевых диодов.

Существуют диоды выпрямительные, универсального назначения опорные, импульсные и др. Кремниевые диоды могут работать при более высоких температурах, чем германиевые (+125 °С и выше); они имеют более высокое обратное напряжение и меньшие обратные токи. Недостатком их является несколько большее сопротивление при включении в прямом направлении , а следовательно, большие падения напряжения и потери мощности.

В зависимости от конструктивного исполнения р-n-перехода различают два типа германиевых и кремниевых диодов: плоскостной и точечный. В точечном диоде р-n-переход образуется в точке касания пластин из полупроводника с острием тонкой металлической иглы ,. при этом прямое направление соответствует прохождению тока от металлической иглы к пластине.

У плоскостных диодов выпрямляющими свойствами обладает поверхность раздела двух областей полупроводника с электронной и дырочной проводимостями. Плоскостные диоды большую площадь р-n-перехода, вследствие чего допускают большие токи и обрат­ные напряжения. Они имеюттакже меньшее падение напряжения в прямом направлении, чем точечные диоды.

Классификация и маркировка диодов. Выпускаемые промышлен­ностью диоды классифицируются по назначению, мощности, частоте и другим свойствам. Диоды, рассчитанные на сравнительно небольшие токи (до 10 А), маркируют буквой Д и соответствующим порядковым номером. Полупроводниковые диоды, рассчитанные на большие токи (до 2000 А), часто называют силовыми вентилями (неуправляемыми) и маркируют буквой В (вентиль). Маркировка диодов до 10 А состоит из четырех элементов. Первый элемент - буква (или цифра), обозначаю­щая материал, из которого выполнен диод (Г или 1 - германий, К или 2 -кремний, А или 3 — арсенид галлия). Второй элемент — буква, обозна­чающая тип прибора (Д - диоды, А —.сверхвысокочастотные диоды, С - стабилитроны, И - туннельные диоды). Третий элемент — порядко­вый номер разработки прибора, характеризующий его мощность рассея­ния (среднее значение прямого тока). Выпрямительные диоды малой мощности (ток не более 0,3 А) имеют номера разработки от 101 до 199, средней мощности (ток 0,3—10 А) — от 201 до 299, большой Мощности (свыше 10 А) — от 301 до 399. Универсальные диоды имеют номера от 401 до 499, а импульсные диоды — от 501 до 599. Четвертый элемент-буква (А, Б, В и т. д.), характеризующая номинальное обратное напряжение диода. Например, диод КД215А — кремниевый выпрямительный диод средней мощности, а диод ГД110Б — германиевый выпрямитель­ный диод малой мощности.

Силовые диоды. На э.п.с. применяют мощные силовые кремниевые диоды В200, ВЛ200 и ВЛ320 6-го и 8-го классов. Эти диоды рассчитаны на предельный ток 200 или 320 А и повторяющееся напряжение 600 или 800 В. Промышленностью освоен выпуск силовых диодов с предельным током до 2000 А.