ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с двумя выводами (приставка «ди-» означает два) и одним p-n-переходом.

По функциональному назначению, принципу образования p-n-перехода и использованию тех или иных его свойств диоды делятся на выпрямительные, стабилитроны, импульсные, диоды Шоттки, фотодиоды, светодиоды и т.п. Один из вариантов конструкции и условное обозначение диода приведены на рис. 1.4, а, б. Вывод от p-области называют анодом, а от n-области — катодом.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода, т. е. зависимость протекающего через диод тока от приложенного к нему напряжения, определяется вольт-амперной характеристикой p-n-перехода (рис. 1.4, в). При подаче к диоду прямого напряжения диод открыт и пропускает прямой ток, при этом падение напряжения на диоде составляет десятые доли вольт. При подаче обратного напряжения диод заперт, и если оно не достигает значения U_{обр max}, то через диод протекает пренебрежительно малый обратный ток I₀ (I_пр и I_обр на рис. 1.4, в показаны в разных масштабах). При подаче обратного напряжения, превышающего значение U_{обр max}, наступает пробой p-n-перехода, при котором обратный ток резко возрастает.

Рис. 1.4. Полупроводниковый диод:

а — вариант конструкции; б — условное обозначение; в — вольт-амперная характеристика

Различают два вида пробоя: электрический (обратимый) и тепловой (необратимый, выводящий полупроводниковый диод из строя). Под воздействием сильного электрического поля электроны освобождаются от ковалентных связей и получают энергию, достаточную для преодоления высокого потенциального барьера. Двигаясь с большой скоростью в p-n-переходе, электроны сталкиваются с нейтральными атомами и ионизируют их, в результате чего появляются новые свободные электроны и дырки. Этот лавинообразный процесс приводит к резкому увеличению обратного тока, т. е. к электрическому пробою p-n-перехода. Если обратный ток ограничивать, то после снятия высокого обратного напряжения p-n-переход восстанавливается. Если же обратный ток не ограничивать, то электрический пробой перейдет в тепловой, при котором за счет разогрева p-n-перехода происходит энергичная генерация пар «свободный электрон — дырка», приводящая к резкому увеличению обратного тока. Увеличение тока приводит к еще большему разогреву p-n-перехода и, значит, к дальнейшей генерации носителей. Процесс нарастает лавинообразно и приводит к выводу диода из строя.