Слово "диод" образовано от греческих слова "ди" - два и сокращенного "электрод". Диоды изготавливают путем формирования металлургического контакта полупроводников типа 
и 
. В области контакта образуется переходной слой, который называется -
переходом. Этот переход обладает свойством пропускать ток в одном направлении гораздо лучше, чем в другом, что и используется в выпрямительных диодах.
Различают плоскостной и точечный - переходы. Схематическое изображение их поперечных разрезов представлено на рис.10.5. В первом случае (рис.10.5,а) переход получается путем помещения кусочка полупроводника -типа, например индия, на поверхность германия - типа и последующего нагрева до плавления индия. При поддержании определенной температуры в течение некоторого времени происходит диффузия части атомов индия в пластину германия. На небольшой глубине содеется зона с проводимостью -типа для - германия, которая и будет представлять собой - переход.
Точечный переход (рис.10.5,б) получается в результате установления плотного электрического контакта тонкого проводника, имеющего, как известно, электронную проводимость, с поверхностью полупроводника -типа. В плавление конца проволоки осуществляется путем подачи кратковременного импульса электрического тока.
Подадим на кристалл полупроводника с - переходом (рис.10.2) внешнее напряжение U так, чтобы "+" был подключен к -области, а " - " был подключен к - области (такое напряжение называется прямым). Высота потенциального барьера при этом снижается на величину 
, где 
-заряд электрона, и через переход возрастает поток основных носителей тока, способных преодолеть снизившийся потенциальный барьер. Таким образом, в "прямом направлении" переход пропускает ток, сила которого быстро нарастает при увеличении приложенного напряжения.
Рис.10.5
Изменим теперь полярность напряжения, приложенного к кристаллу, т.е. " + " подключим к - области, а " - " подключим к -области (такое напряжение называется обратным). В этом случае высота потенциального барьера возрастает на величину . В результате поток основных носителей, способных преодолеть потенциальных барьер, резко уменьшается. Уже при обратных напряжениях больше 0,1 В потоки основных носителей можно считать пренебрежительно малыми. Ток через переход в этом случае (обратный ток) будет обусловлен только движением неосновных носителей тока.
Сила тока через диод 
и напряжение на - переходе связаны зависимостью
,
где 
- коэффициент, учитывающий уровень технологии диодов (для идеального диода (
), 
- постоянная Больцмана, 
- термодинамическая температура. Ток 
называется тепловым током, поскольку он имеет тепловое происхождение и сильно зависит от температуры. Из этой формулы, которая является одной из важнейших в полупроводниковой электронике, видно, что с возрастанием обратного смещения обратный ток стремится к • Действительно, при 
= - 0,15 В, 
=1,4, = ЗООК получаем 
. При прямом смещении 
в рассматриваемом соотношении
можно пренебречь вторым слагаемый (-1), и формула приобретает вид
.
Очевидно, что прямой ток через диод ограничен сверху таким значением 
при котором не происходит перегрева - перехода из-за рассеиваемой на нем мощности.
|
|
Вольт-амперная характеристика - перехода, т.е. зависимость тока через - переход от напряжения на нем, для двух различных температур приведены на рис, 10.6,а. Обращает на себя внимание тот факт, что эти зависимости не являются линейными, а также
сильная зависимость характеристик от температуры.
На рис.10.6,б приведены графики процесса однополупериодного выпрямления переменного тока и простейшая электрическая схема выпрямителя с использованием полупроводникового диода.
В данной работе экспериментально исследуются и сравниваются вольт-амперные характеристики двух выпрямительных полупроводниковых диодов. Для получения характеристик используют схему, приведенную на рис. 10.7.
