Структура диодов . Точечные и плоскостные диоды

Полупроводниковый диод - это полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя омическими контактами (омическими называют контакт металла с полупроводником, не обладающий выпрямляющим свойством), к которым присоединяются два вывода.

Электрический переход чаще всего образуется между двумя полупроводниками с разным типом примесной электропроводности (p- или n- типа), одна из областей (низкоомная) является эмиттером, другая (высокоомная) – базой. Структура диода и условное обозначение в схемах выпрямительного диода показаны на рис. 3.1.

Иногда электрический переход образуется между полупроводником p- или

n-типа и металлом, такой переход называют контактом металл-лупроводник.

Классифицируют диоды по различным признакам: по основному полупроводниковому материалу - кремниевые, германиевые из арсенида галлия; по физической природе процессов, обусловливающих их работу, - туннельные, фотодиоды, светодиоды и др.; по назначению – выпрямительные, импульсные, стабилитроны, варикапы и др.; по технологии изготовления электрического перехода – сплавные, диффузионные и др.; по типу электрического перехода – точечные и плоскостные. Основными являются классификации по типу электрического перехода и названию диода.

Точечные диоды

Такие диоды (рис.3.2.) имеют очень малую площадь электрического перехода. Линейные размеры, определяющие ее, меньше ширины p-n перехода. Точечный электрический переход можно создать в месте контакта небольшой пластинки полупроводника 3 и острия металлической проволочки – пружины 4 даже при простом их соприкосновении. Между этим слоем и пластинкой образуется p-n переход полусферической формы. Площадь p-n перехода составляет примерно 10²-10³ мкм². Точечные диоды в основном изготовляют из германия n-типа, металлическую пружинку – из тонкой проволочки (диаметром 0,05-0,1 мм), материал которой для германия n- типа должен быть акцептором (например, бериллий). Корпус точечных диодов герметичный. Он представляет собой керамический или стеклянный баллон 2, покрытый черной светонепроницаемой краской (во избежание проникновения света, так как кванты света могут вызвать генерацию носителей заряда вблизи p-n перехода, а следовательно, увеличить обратный ток диода). Благодаря малой площади p-n п ерехода емкость точечных диодов очень незначительна и составляет десятые доли пикофарада. Поэтому точечные диоды используют на высоких (порядка сотен мегагерц) и сверхвысоких частотах. Их применяют в основном для выпрямления переменного тока высокой частоты (выпрямленные диоды высокочастотные) и в импульсных схемах (импульсные диоды).

Так как площадь p-n перехода точечного диода мала, то прямой ток через переход должен быть небольшим (10-20 мА) из-за малой мощности (~ 10 мВт), рассеиваемой переходом. Поэтому точечные диоды можно использовать для выпрямления только малых переменных токов

.

Плоскостные диоды

Плоскостные диоды имеют плоский электрический переход, линейные размеры которого,определяющие площадь, значительно больше ширины перехода. Площадь может составлять сотые доли квадратных миллиметров (микроплоскостные диоды), нескольких десятков квадратных сантиметров (силовые диоды). Переход выполняют в основном методами вплавления или диффузии. Одна из конструкций плоскостного диода показана на рис.3.2. б. Пластинку кристалла полупроводника 3 припаивают к кристаллодержателю 2 так, чтобы образовался контакт. От этого контакта и электрода 4 сделаны выводы 1, причем верхний проходной изолятор 6 в корпусе 5 и коваровую трубку 7. Стеклянный изолятор покрыт светонепроницаемым лаком. Корпус служит для защиты диода от внешних воздействий.

Плоскостные диоды используются для работы на частотах до 10кГц. Ограничения по частоте связано с большой барьерной емкостью p-n перехода (до десятков пикофарад).

Плоскостные диоды бывают малой мощности (до 1 Вт), средней мощности (на токи до 1А, напряжения до 600 В) и мощные (на токи до 2000 А).