Darbeli diyot ile doğrultucu arasındaki fark nedir? Darbe Diyot

Çok sayıda modern elektronik aletler işlerinde elektriksel dürtüleri kullanırlar. Bunlar, güç kaynakları ve diğer darbe dönüştürücüler, invertörler vb. devrelerindeki düşük akım sinyalleri veya akım darbeleri (teknik olarak çok daha ciddi olan) olabilir.

Dönüştürücülerdeki impulsların eylemi, yaklaşık olarak aynı düzende zaman sınırlarına sahip olan yükselme ve düşme süreleri için her zaman kritiktir. geçici olaylar V elektronik parçalar, özellikle - aynı diyotlarda. Bu nedenle, kullanıldığında darbe devreleri diyotlar, diyotların kendilerindeki - açma ve kapama sırasında (p-n bağlantısının açılması ve kapanması sırasında) geçici süreçleri hesaba katmak zorunludur.

Prensip olarak, bir diyodun iletken olmayan bir durumdan iletken bir duruma geçmesi ve bunun tersi için geçen süreyi azaltmak için, bazı düşük voltajlı devrelerde kullanılması tavsiye edilir.

Bu teknolojinin diyotları, belirgin bir doğrultma etkisine sahip olmasına rağmen, aynı zamanda nispeten küçük bir bağlantı kapasitansına sahip olan bir metal-yarı iletken bağlantısının varlığıyla geleneksel doğrultucu diyotlardan farklıdır; o kadar hızlı emilir ki Schottky diyotlu devre, anahtarlama süresi birkaç nanosaniye mertebesindeyken yeterince yüksek bir frekansta çalışabilir.

Schottky diyotlarının bir başka artısı da bağlantı noktalarındaki voltaj düşüşünün sadece yaklaşık 0,3 volt olmasıdır. Bu nedenle, Schottky diyotlarının ana avantajı, yükleri biriktirmek ve dağıtmak için zaman almamaları, buradaki hız yalnızca küçük bir bariyer kapasitansının yeniden şarj oranına bağlıdır.

Gelince, bu bileşenlerin orijinal amacı, darbeli modlarda çalışmayı hiç ima etmez. Bir doğrultucu diyot için darbeli mod, atipik, anormal bir moddur, bu nedenle geliştiriciler, doğrultucu diyotların hızına özellikle yüksek gereksinimler getirmezler.

Doğrultucu diyotlar, esas olarak düşük frekanslı alternatif akımı doğrudan veya titreşimli akıma dönüştürmek için kullanılır; burada bir p-n bağlantısının küçük bir kapasite kapasitansı ve hızı hiç gerekli değildir, daha sıklıkla sadece yüksek iletkenlik ve buna bağlı olarak nispeten uzun sürekliliğe yüksek direnç akıma ihtiyaç vardır.

Bu nedenle doğrultucu diyotlar, açık durumda düşük direnç, daha büyük bir p-n bağlantı alanı ve büyük akımları geçirme yeteneği ile karakterize edilir. Ancak geniş bağlantı alanı nedeniyle, diyotun kapasitansı daha yüksektir - yüzlerce pikofarad mertebesinde. Bu, darbeli bir diyot için çok fazla. Karşılaştırma için, Schottky diyotlarının kapasitansı onlarca pikofarad mertebesindedir.

Bu nedenle darbeli diyotlar, yüksek frekanslı devrelerde darbeli modlarda çalışmak için özel olarak geliştirilmiş diyotlardır. Onların temel ayırt edici özellik doğrultucu diyotlardan, pikofarad birimlerine ulaşabilen ve hatta daha az olabilen p-n bağlantısının çok düşük kapasitansı nedeniyle kısa süreli geçiş süresidir.

Darbeli diyotlarda pn bağlantısının kapasitansını azaltmak, bağlantı alanını azaltarak elde edilir. Sonuç olarak, diyot gövdesinde dağılan güç çok büyük olmamalı, küçük alan bağlantısından geçen ortalama akım, diyot belgelerinde belirtilen izin verilen maksimum değeri aşmamalıdır.

Schottky diyotları genellikle yüksek hızlı diyotlar olarak kullanılır, ancak nadiren yüksek ters voltaja sahiptirler, bu nedenle darbe diyotları ayrı bir diyot türü olarak ayırt edilir.

Darbe Diyot – Darbeli uygulamalar için tasarlanmış kısa bir geçici diyottur. Anahtarlama elemanları olarak (örneğin bilgisayarlarda), yüksek frekanslı sinyalleri algılamak için ve diğer amaçlar için kullanılırlar.

-de hızlı değişim- bağlantı noktasındaki diyot boyunca voltaj iki ana süreçten dolayı geçicidir. Birincisi, diyot doğrudan açıldığında, yani diyotun tabanında azınlık taşıyıcılarının birikmesidir. difüzyon kapasitansının yükü. Ve voltaj tersine değiştiğinde (veya düştüğünde), bu yük emilir. İkinci fenomen, aynı zamanda anında meydana gelmeyen, ancak bir zaman sabiti ile karakterize edilen bariyer kapasitansının yeniden şarj edilmesidir, burada diyotun diferansiyel direnci (boyunca direnç alternatif akım), a, kavşağın bariyer kapasitansıdır.

İlk fenomen, diyot aracılığıyla yüksek ileri akım yoğunluklarında ana rolü oynar, bu durumda bariyer kapasitansının yükü ikincil bir rol oynar. Düşük akım yoğunluklarında, diyottaki geçici süreçler ikinci fenomen tarafından belirlenir ve tabanda küçük yük taşıyıcılarının birikmesi ikincil bir rol oynar.

Bir diyotu yüksek iletkenlik durumundan (diyot açık) düşük iletkenlik durumuna (diyot kapalı) değiştirme sürecini düşünün (Şekil 1.11). baz bölgesindeki küçük yük taşıyıcıları (bu, yüksek dirençli N- alan).

Diyotu ileriden geriye doğru değiştirirken, ilk anda, esas olarak tabanın hacim direnci ile sınırlı olan diyottan büyük bir ters akım akar. Zamanla tabanda biriken azınlık taşıyıcılar yeniden birleşir veya birleşme yerinden ayrılır ve ters akım durağan değerine düşer. Tüm bu süreç alır ters direnç kurtarma süresi- diyot değiştirildikten sonra akımın sıfırdan geçtiği andan ters akımın önceden belirlenmiş bir düşük değere ulaştığı ana kadar geçen zaman aralığı. Bu, darbeli diyotların ana parametrelerinden biridir ve değerine göre altı gruba ayrılır: >500 ns; =150…500 ns;=30…150 ns, =5…30 ns; =1…5 nsn ve<1 нс.

Şekil 1.11 - Diyotu açıktan kapalıya geçirme işlemi

İleri yönde bir akım darbesi iletildiğinde, açıldıktan sonraki ilk anda bir voltaj dalgalanması gözlenir (Şekil 1.12), bu, diyot tabanında azınlık taşıyıcılarının birikmesi sona erene kadar voltajdaki bir artışla ilişkilidir. Bundan sonra taban direnci azalır ve voltaj düşer.

Şekil 1.12 -. Bir diyotu kapalıdan açıka geçirme işlemi

Bu işlem, darbe diyodunun ikinci parametresi ile karakterize edilir - doğrudan voltaj yerleşme süresi, akım darbesinin başlangıcından ileri voltajın belirtilen değerine ulaşılana kadar geçen zaman aralığına eşittir.

Bu parametrelerin değerleri diyotun yapısına ve diyot tabanındaki azınlık yük taşıyıcılarının kullanım ömrüne bağlıdır. Azınlık taşıyıcılarının ömrünü azaltmak için tabana az miktarda altın safsızlığı verilir. Altın atomları, ek rekombinasyon merkezleri olarak hizmet eder; girişlerinin bir sonucu olarak, yük taşıyıcılarının ömrü ve sonuç olarak geçişin difüzyon kapasitesi azalır. Bariyer kapasitesinin azaltılması teknolojik ve yapıcı yöntemlerle sağlanır. Darbe diyotları, düzlem teknolojisi, epitaksiyel büyüme, iyon ışını teknolojisi temelinde yapılır. Silikon ana yarı iletken malzemedir.

yüksek hızda impuls devreleri Schottky diyotları, geçişin bir metal-yarı iletken teması temelinde yapıldığı yaygın olarak kullanılmaktadır (Şekil 1.13). Sembol, Şekil 16'da gösterilmiştir.

Şekil 1.13 - Schottky diyot sembolü

Bu diyotların tabandaki yükleri biriktirmesi ve dağıtması zaman almaz, hızları yalnızca bariyer kapasitansını yeniden doldurma işleminin hızına bağlıdır. volt-amper özellikleri Schottky diyotları - bağlantı noktalarına dayalı diyotların karakteristiğine benzer. Aradaki fark, uygulanan voltajın 8 - 10 on yılı içindeki ileri dalın neredeyse ideal bir üstel eğriyi temsil etmesi ve ters akımların küçük olmasıdır (onlarca nanoampın kesirleri).

Yapısal olarak, Schottky diyotları, üzerine aynı tip elektriksel iletkenliğe sahip yüksek dirençli bir epitaksiyel filmin yerleştirildiği düşük dirençli bir silikon plaka şeklinde yapılır. Vakum biriktirme ile filmin yüzeyinde bir metal tabakası biriktirilir.

Schottky diyotlar ayrıca yüksek akım doğrultucularda ve logaritmik cihazlarda da kullanılır.

İyi çalışmalarınızı bilgi bankasına göndermek basittir. Aşağıdaki formu kullanın

Bilgi tabanını çalışmalarında ve işlerinde kullanan öğrenciler, lisansüstü öğrenciler, genç bilim adamları size çok minnettar olacaklar.

Yayınlanan http://www.allbest.ru/

Ukrayna Eğitim ve Bilim Bakanlığı

Oles Honchar'ın adını taşıyan Dnepropetrovsk Ulusal Üniversitesi

Fizik Fakültesi, Elektronik

ve bilgisayar sistemleri

Radyo Elektroniği Bölümü

"Katı Hal Elektroniği" üzerinde test çalışması

Konu hakkında: "Diyotun özellikleri"

Yerine getirilmiştir

KM-11-1 grubunun öğrencisi

Mironenkov R.D.

kontrol

samimi Fizik-Matematik Bilimleri, Doçent, Radyoelektronik Anabilim Dalı.

Makarov V.A.

Dnepropetrovsk 2013

Makale

Anahtar kelimeler: darbeli diyot, yüksek frekanslı diyot, Gunn diyotu, diyotun akım-gerilim karakteristiği.

Çalışmanın amacı: darbeli ve yüksek frekanslı diyotların özelliklerini ve çalışma ilkelerini incelemek

giriiş

1. Darbe diyotu. çalışma prensibi

2. Yüksek frekanslı diyot. çalışma prensibi

2.1 Gunn diyot

3. Diyot imalatı

Çözüm

Kaynakça

giriiş

Yarı iletkenler, onlardan katmanlı bir pastaya benzer yapıların nasıl yapıldığını öğrendiklerinde teknolojinin gerçek bir altın damarı haline geldi.

Bir p-yarı iletken gofret üzerinde bir n-yarı iletken katmanı büyüterek, iki katmanlı bir yarı iletken elde ederiz. Aralarındaki geçiş katmanına pn-kavşağı denir. Her iki yarıya da bir bağlantı teli lehimlerseniz, akım üzerinde bir valf gibi hareket eden bir yarı iletken diyot elde edersiniz: akımı bir yönde iyi geçirir ve neredeyse diğer yönde geçirmez.

Doğrultucu bariyer tabakası nasıl oluşur? Bir katmanın oluşumu, p-yarısının daha fazla deliğe sahip olması ve n-yarısının daha fazla elektrona sahip olması gerçeğiyle başlar. Yük taşıyıcıların yoğunluğundaki fark, geçiş yoluyla dengelenmeye başlar: delikler n-yarısına, elektronlar p-yarısına nüfuz eder.

Harici bir akım kaynağı, harici potansiyel bariyeri yükseltebilir veya azaltabilir. Eğer diyota doğrudan bir voltaj uygulanırsa, yani pozitif kutup p-yarısına bağlanırsa, o zaman çift katmana karşı bir dış elektrik kuvveti etkimeye başlayacak ve diyot artan voltajla hızla artan bir akım geçirecektir. İletkenlerin kutuplarını değiştirirseniz, voltaj neredeyse sıfıra düşer. Diyot bir alternatif voltaj devresine bağlanırsa, bir doğrultucu görevi görür, yani. çıkış bir yönde (artıdan eksiye) sabit bir titreşimli gerilime sahip olacaktır. Genliği yumuşatmak için veya akım dalgalanmasının "tepe değeri" olarak da adlandırıldığı için diyota paralel bir kapasitör eklemek etkilidir.Endüstride doğrultucu cihazlara oldukça sık ihtiyaç duyulur. Örneğin, ev aletlerinin düzgün çalışması için doğrultuculara ihtiyaç vardır (çünkü hemen hemen tüm elektrikli cihazlar DC voltajı tüketir. Bunlar TV, radyo, VCR vb.). Ayrıca, video, radyo, fotoğraf ve diğer sinyalleri frekans-elektrik sinyallerine dönüştürmek için yarı iletken diyotlara ihtiyaç vardır. Yarı iletkenlerin bu özelliği sayesinde televizyon seyreder veya radyo dinleriz.

Alışılmadık yarı iletken diyotlar da vardır - bunlar ışık yayan diyotlar ve fotodiyotlardır. Fotodiyotlar, yalnızca ışık vücutlarına çarptığında akım geçirir. Ve LED'ler, içinden akım geçtiğinde parlamaya başlar. LED'lerin parlamasının rengi, hangi çeşide ait olduğuna bağlıdır.

Yarı iletken diyotlar güçlerine, çalışma frekans aralığına, gerilime ve çalışma frekans aralığına bağlı olarak gruplara ayrılır. Hem diyotların hem de transistörlerin benzersiz bir özelliği vardır. Sıcaklık değiştiğinde, iç dirençleri değişir ve bu nedenle doğrultulmuş akımın voltajının büyüklüğü de yukarı veya aşağı değişir. Işık ve fotodiyotlar sensör ve gösterge olarak kullanılır.

1. darbe diyotu. çalışma prensibi

Bunlar, geleneksel IV karakteristiğine sahip, ancak anahtarlama modunda çalışan sıradan diyotlardır. Kapsamları, elemanları açık durumda "0" veya kapalı durumda "1" olan dijital devrelerdir. Bu nedenle, bu uygulamada, diyotun zamanlama parametreleri ilgi çekicidir: kapalı durumdan açık duruma ne kadar hızlı geçtiği ve tersi. Şekil 1, dengesiz bir kontağa dayalı bir anahtarlama diyotunu göstermektedir. Yayıcının n - iletkenliğe sahip olduğu koşulunu kabul ediyoruz. Bu, yalnızca elektronların davranışını ve akımını dikkate almak için zemin sağlar. Ters asimetri ile söylenen her şey deliklere atıfta bulunacaktır.

Şekil 1. Darbe Diyot

Geçiş sırasındaki süreçleri ele alalım. Ona doğrudan voltaj uyguluyoruz - ideal bir adım (Şekil 2.a).Başlangıçta, doğrudan p-n bağlantısının yakınında bulunan en yüksek enerjiye sahip elektronlar hareket etmeye başlayacak, ardından n bölgesinin içindekiler onlara katılacak . Böylece taşıyıcı enerjilerindeki farklılık nedeniyle sayıları giderek artar ve ileri akım da giderek artar. Zaman içindeki bu süreç, Şekil 2.b'de gösterilmektedir ve tset parametresi, açık durumu oluşturma zamanı olan değerlendirme için tanıtılmaktadır. Uzun bir süre akım değişmez ve çok sayıda azınlık taşıyıcısı, elektron "p" eklemi bölgesinde birikir. Dengesiz bir taşıyıcı konsantrasyonu, kristalin p bölgesinde ortaya çıkar.

Kavşağa eşit derecede keskin bir şekilde değişen ters voltaj polaritesi uygulayalım. "p" bölgesinde biriken denge dışı elektronlar, bir elektrik alanının etkisi altında "n" bölgesine taşınmaya başlayacaktır. Konsantrasyonları yüksektir, bu nedenle bir süre ters akım büyük olacaktır. Sürecin bu aşaması Şekil 2.b'de t1 olarak gösterilmiştir. sonunda çıkış süreci sona erecek, geçiş kapalı bir duruma dönüşecektir. Şimdi iki yarı iletken bölge p ve nb ve aralarında bir dielektrik katman var. Bu, etkisi altında şarj olmaya başlayan bir kapasitördür. ters akım. Şarj akımı üstel yasaya göre azalacaktır, Şekil 2.b'de bu süre t2'dir. Genel olarak, kapalı durumun iyileşme süresi t 1 +t 2 = t geri yüklemedir.

İncir. 2. Darbeli diyottaki işlemler

Genellikle t geri yükle >> t geri yükle. Diyotun parametrelerini iyileştirmek için imalatta taşıyıcı hareketliliği (Ge) yüksek olan malzemeler kullanılır, bağlantı alanı küçük yapılır, pin yapıları. Darbeli bir diyot kullanımına bir örnek, Şek. Yük direnci üzerindeki voltajın şekli, Şekil 3'teki akımın şeklini tekrarlar.

Şekil 3. Darbeli diyotun çalışması

2. yüksek frekanslı diyotlar. çalışma prensibi

Mikrodalga teknolojisinde (santimetre ve milimetre dalga aralıklarında çalışmak için), özel germanyum ve silikon mikrodalga diyotları (mikrodalga diyotları) kullanılır. Amaçlarına göre, mikrodalga diyotlar video dedektörü, mikrodalga salınımlarını tespit etmek için tasarlanmış, anahtarlama, mikrodalga güç seviyesini kontrol etmek için cihazlarda kullanılması amaçlanan, parametrik, parametrik yükselteçler mikrodalga salınımları ve dönüştürücüler. Buna karşılık, geçişin akım-gerilim karakteristiğinin doğrusal olmama özelliğini kullanan dönüştürücü diyotlar aşağıdakilere ayrılır:

mikrodalga sinyalini ve yerel osilatör sinyalini bir ara frekans sinyaline dönüştürmek için kullanılan karıştırma cihazları;

· çarpma, mikrodalga sinyalinin frekansını çarpmak için kullanılır;

· mikrodalga sinyalinin genliğini modüle etmek için kullanılan modülatör.

Mikrodalga diyotlar genellikle bir nokta kontağı kullanır. Bu tür diyotlarda geçiş oluşmaz. Doğrultucu temas, bir metal temas yayının ucunu yarı iletkenin cilalı yüzeyine bastırarak yapılır. Bu diyotlar çok düşük dirençli bir malzemeden yapılmıştır (taşıyıcı ömrü kısadır) ve iyi yüksek frekans özellikleri sağlayan çok küçük bir nokta temas yarıçapına (2-3 µm) sahiptir. Bununla birlikte, mikrodalga diyotların arıza gerilimi çok düşüktür (yalnızca 3-5 V) ve ileri gerilim nispeten yüksektir.

Ters akımları küçük olmakla birlikte, taşıyıcıların kavşaktan tünelleme etkisi nedeniyle neredeyse sıfırdan artmaya başlar (Şekil 4).

Pirinç. 4. Yüksek frekanslı diyotun CVC'si

Mikrodalga diyotların tasarımı genellikle bir koaksiyel veya dalga kılavuzu yolunun elemanları, ölçüm kafaları ve mikrodalga sisteminin diğer parçaları ile eşleşecek şekilde uyarlanır. Mikrodalga aralığının (3-10 cm) uzun dalga boyu bölümünde, ana muhafaza tipleri metal-seramik veya metal-cam kartuş tipidir. 1-3 cm dalga aralığında, bu kasaların boyutları ve kapasiteleri kabul edilemeyecek kadar büyük hale gelir ve bu nedenle doğrultucu kontak koaksiyel tip bir kasaya monte edilir. Milimetre dalga aralığında dalga kılavuzu tasarımı kullanılır.

Mikrodalga diyotların standartlar tarafından garanti edilen parametrelere sahip olduğu dalga boyuna ek olarak başvuru şartları ve izin verilen maksimum veriler, mikrodalga diyotlar ayrıca ana değeri yansıtan elektriksel parametrelerle karakterize edilir. Bu nedenle, karıştırma mikrodalga diyotları, dönüşüm kayıpları (girişteki mikrodalga gücünün diyot çıkışındaki ara frekans gücüne oranı), gürültü oranı (çalışma modunda diyot çıkışındaki gürültü gücünün termal güce oranı) ile karakterize edilir. gürültü gücü aktif direnç diyot), alıcı cihazın genelleştirilmiş hassasiyetini ve diferansiyel çıkış empedansını karakterize eden normalleştirilmiş gürültü rakamı. Bazı durumlarda elektriksel parametre sadece mikrodalga diyotun özelliklerini değil, aynı zamanda bu diyotun kurulu olduğu belirli bir mikrodalga cihazının özelliklerini de belirler.

Akım-gerilim özelliğinde geri dönüşü olmayan bir bozulma veya arıza ile birlikte diyotun "yandığı" gücün çok küçük olduğu akılda tutulmalıdır. Bu nedenle, öngörülemeyen etkileri dışlamak ve mikrodalga diyotun hem çalışması hem de depolanması sırasında gerekli koruyucu önlemlerin alınması gerekir (örneğin, operatörün vücudunda biriken statik elektriğin diyot yoluyla boşaltılması kabul edilemez; diyotun depolanması kabul edilemez). metal bir kartuş vb.).

Milimetre dalgalı cihazlarda (özellikle entegre olanlarda), çığ geçiş diyotları, güçlü mikrodalga amplifikatörleri oluşturmak için yaygın olarak kullanılır ve Gunn diyotları, mikrodalga jeneratörleri oluşturmak için yaygın olarak kullanılır. Bu diyotlar, kritik olandan daha yüksek bir güce sahip elektrik alanlarında elektron hareketliliğinin sınırlandırılması olgusunu kullanır ve akım-gerilim özelliklerinde negatif diferansiyel dirençli bir bölüm vardır. Çığ-geçiş diyotları, elektrik bağlantısının ters eğilimi ile yük taşıyıcılarının çığ çarpması modunda çalışır. Gunn diyotları (bu cihazların yapısında doğrultucu bağlantı yoktur), bir galyum arsenit plakasında sabit bir voltaj uygulandığında elektriksel salınımların meydana gelme etkisini kullanır ve 105 V'tan daha güçlü bir elektrik alanı oluşturur. /M.

Ticari olarak üretilen çığ geçiş diyotları ve Gunn jeneratörleri, birkaç on milivatlık sürekli modda mikrodalga çıkış gücü için tasarlanmıştır. Darbe modunda, bu güç birkaç büyüklük sırasına göre artırılabilir. Çıkış gücünü artırmak için, daha geniş bir elektron deliği bağlantısı alanına ve daha geniş bir ince yarı iletken film alanına sahip çığ geçiş diyotları ve Gunn osilatörlerine ihtiyaç vardır. Aynı zamanda, sadece kalınlık olarak değil, aynı zamanda alan olarak da üniform olmalıdırlar.

Modern silikon mikrodalga diyotların çalışma frekansları şimdiden teorik sınıra yaklaşıyor. Bu nedenle frekans özelliklerinin daha da iyileştirilmesi için farklı bir malzeme kullanılmasının yanı sıra farklı çalışma prensibine sahip yarı iletken cihazların geliştirilmesi gerekmektedir.

2.1 Gunn diyot

Gunn diyot (1963'te John Gunn tarafından icat edildi) -- tip yarı iletken diyotlar mikrodalga aralığında 0,1 ila 100 GHz frekanslarında salınımlar oluşturmak ve dönüştürmek için kullanılır. Diğer diyot türlerinin aksine, Gunn diyotunun çalışma prensibi, p-n bağlantılarının özelliklerine, yani. tüm özelliklerini, iki farklı yarı iletkenin birleşim yerlerinde meydana gelen etkilerle değil, kullanılan yarı iletken malzemenin içsel özellikleri belirler.

Yerli literatürde Gunn diyotları, toplu kararsızlığa sahip veya aralıklı elektron transferine sahip cihazlar olarak adlandırılıyordu, çünkü diyotların aktif özellikleri, elektronların zaten olabilecekleri "merkezi" enerji vadisinden "yan" a geçişinden kaynaklanıyor. düşük hareketlilik ve büyük etkili kütle ile karakterize edilir. Yabancı literatürde Gunn diyodu TED (Transferred Electron Device) terimine karşılık gelir. gunn yüksek frekanslı darbe diyotu

Gunn etkisi temelinde, parametrik yükselteçlerde pompa üreteçleri, süperheterodin alıcılarda heterodinler, düşük güçlü vericilerde üreteçler ve ölçüm teknolojisinde kullanılan jeneratör ve yükseltici diyotlar oluşturulmuştur.

Gunn diyotlarının çalışması için gerekli olan düşük dirençli omik kontakları oluştururken iki yaklaşım vardır:

· İlki, bu tür kontakları doğrudan yüksek dirençli galyum arsenit üzerine yerleştirmek için kabul edilebilir bir teknoloji bulmaktır.

· İkinci yaklaşım, jeneratörün çok katmanlı bir yapısını üretmektir. Bu yapıdaki diyotlarda, jeneratörün çalışma parçası olarak hizmet eden nispeten yüksek dirençli bir galyum arsenit tabakası üzerinde, her iki tarafta da n-tipi elektrik iletkenliğine sahip nispeten düşük dirençli galyum arsenitten epitaksiyel tabakalar oluşturulur. Bu yüksek alaşımlı katmanlar, cihazın çalışan kısmından metal elektrotlara geçiş katmanları olarak işlev görür.

Gunn diyodu geleneksel olarak her iki tarafında omik kontaklara sahip bir galyum arsenit tabakasından oluşur. Gunn diyodunun aktif kısmı genellikle l = 1–100 μm civarında bir uzunluğa ve n = 1014 doping verici safsızlık konsantrasyonuna sahiptir. 1016cm?3. Bu malzemede, iletim bandında, elektronların iki durumuna - "ağır" ve "hafif" karşılık gelen iki minimum enerji vardır. Bu bağlamda, elektrik alan şiddetinin artmasıyla, elektronların ortalama sürüklenme hızı, alan belirli bir kritik değere ulaşana kadar artar ve daha sonra azalarak doyma hızına yönelir.

Böylece, diyota, kritik alan kuvvetinin ve diyottaki galyum arsenit tabakasının kalınlığının çarpımını aşan bir voltaj uygulanırsa, voltajın tabaka kalınlığı boyunca muntazam dağılımı kararsız hale gelir. Daha sonra, eğer meydana gelse bile ince alan alan kuvvetinde hafif bir artış, anoda daha yakın bulunan elektronlar bu alandan ona "geri çekilir" ve katotta bulunan elektronlar, ortaya çıkan çift yük tabakasının anoda doğru hareket etmesiyle "yetişmeye" çalışır. . Hareket ederken, bu katmandaki alan şiddeti sürekli artacak ve bunun dışında bir denge değerine ulaşana kadar azalacaktır. İçinde yüksek bir elektrik alan gücüne sahip böyle hareketli bir çift yük katmanına güçlü alan alanı denir ve meydana geldiği gerilime eşik gerilimi denir.

Etki alanı çekirdeklenme anında, diyottaki akım maksimumdur. Alan oluştukça azalır ve oluşumun sonunda minimum değerine ulaşır. Anoda ulaşıldığında alan yok edilir ve akım tekrar artar. Ancak maksimum değerine ulaşır ulaşmaz bir katot oluşur. yeni etki alanı. Bu işlemin tekrarlanma sıklığı, yarı iletken tabakanın kalınlığı ile ters orantılıdır ve geçiş frekansı olarak adlandırılır.

Bir yarı iletken cihazın CVC'sinde, düşen bir bölümün varlığı, içinde mikrodalga salınımlarının meydana gelmesi için yeterli değil, gerekli bir koşuldur. Salınımların varlığı, yarı iletken bir kristalin uzayında dalga bozulmalarının kararsızlığının meydana geldiği anlamına gelir. Ancak bu tür bir kararsızlık, yarı iletkenin parametrelerine (doping profili, boyutlar, taşıyıcı konsantrasyonu, vb.) bağlıdır.

Şekil 5. Gunn diyodunun CVC'si

Gunn diyodu rezonatöre yerleştirildiğinde, salınım frekansının geçiş frekansından hem daha düşük hem de daha yüksek yapılabileceği diğer üretim modları mümkündür. Böyle bir jeneratörün verimliliği nispeten yüksektir, ancak maksimum güç 200--300mW'yi geçmez.

10 GHz ve daha yüksek (THz) frekans aralığında bir osilatör oluşturmak için bir Gunn diyodu kullanılabilir. Ve frekansı kontrol etmek için dalga kılavuzu şeklini alabilen bir rezonatör eklenir. Gunn diyotuna dayalı jeneratörlerin frekansı, diyotun kapasitif iletkenliği dikkate alınarak esas olarak salınım sisteminin rezonans frekansı tarafından belirlenir ve mekanik ve mekanik olarak geniş bir aralıkta ayarlanabilir. elektriksel yöntemler. Bununla birlikte, Gunn jeneratörlerinin hizmet ömrü nispeten kısadır; bu, güçlü bir elektrik alanı gibi faktörlerin yarı iletken kristal üzerindeki eşzamanlı etkisinden ve içinde salınan güç nedeniyle kristalin aşırı ısınmasından kaynaklanır.

1-100 GHz frekans aralığında çeşitli modlarda çalışan Gunn diyotlar kullanılmaktadır. Sürekli modda, Gunn diyotlarına dayalı gerçek jeneratörler, yaklaşık %2-4'lük bir verime sahiptir ve şunları sağlayabilir: çıkış gücü mW birimlerinden W birimlerine. Ancak darbeli moda geçerken verimlilik 2-3 kat artar. Yararlı çıkış sinyalinin gücüne biraz daha yüksek harmonikler eklemenizi sağlayan özel rezonans sistemleri, verimliliği artırmaya yarar ve bu moda gevşeme denir.

Bir kaç tane var farklı modlar, besleme voltajına, sıcaklığa, yük özelliklerine bağlı olarak Gunn diyot jeneratörünün çalışabileceği bir tanesinde: etki alanı modu, hibrit mod, sınırlı hacimli şarj biriktirme modu ve negatif iletkenlik modu.

En yaygın olarak kullanılan mod, salınım periyodunun önemli bir kısmı sırasında bir dipol bölgesinin var olma modu ile karakterize edilen alan modudur. Etki alanı modu üç tane olabilir farklı tür: yük direnci değiştiğinde elde edilen, alanların oluşumunda gecikme ve alanların söndürülmesi ile açıklık.

Gunn diyotları için, uzay yükünü sınırlama ve biriktirme modu da icat edildi ve uygulandı. Varlığı, geçiş frekansından birkaç kat daha büyük frekanslarda ve büyük voltaj genliklerinde gerçekleşir. sabit voltajlar eşik değerinden birkaç kat daha yüksek olan diyot üzerinde. Ancak, uygulama gereksinimleri vardır bu rejim: Çok düzgün doping profiline sahip diyotlara ihtiyaç vardır. Elektrik alanının ve elektron konsantrasyonunun numunenin uzunluğu boyunca düzgün dağılımı, diyot boyunca yüksek voltaj değişimi nedeniyle sağlanır.

Epitaksiyel büyüme yöntemiyle galyum arsenit ve indiyum fosfit InP (170 GHz'e kadar) ile birlikte, galyum nitrür (GaN) de Gunn diyotlarının üretiminde kullanılır. yüksek frekans Gunn diyotlarında salınımlar - 3 THz. gunn diyot var düşük seviye genlik gürültüsü ve düşük çalışma besleme voltajı (birimlerden onlarca V'a kadar).

Diyotların çalışması, rezonans kapasitif ve endüktif elemanlara sahip dielektrik yüzeyler üzerinde mikro devreler şeklinde veya mikro devrelerle rezonatörlerin bir kombinasyonu şeklinde olan rezonans odalarında gerçekleşir.

3. diyot üretimi

Diyotun üretim teknolojisi, silikon ve germanyum üzerinde p-rc bağlantıları elde etmek için yukarıda açıklanan yöntemlerden herhangi birine dayanabilir. Ancak en iyi amplifikasyon özelliklerine sahip cihaz, mesa teknolojisi kullanılarak difüzyonla elde edilir.

Gunn diyotlarının üretim teknolojisi nispeten basittir. Diyotlar ya tek kristaller temelinde ya da GaAs epitaksiyel filmler temelinde yapılır. Diyot üretimi için plakaların boyutları, çalışma koşullarına ve gerekli parametrelere göre seçilir.

Diyot ve tristörlerin parametrelerine ve üretim teknolojilerine göre metin ve tablolarda aşağıdaki kısaltmalar kabul edilir: Si - silikon, Qe - germanyum, GaAs - galyum arsepit, CaP - galyum fosfit, Si(CO 3) 2 - silikon karbid .

Çözüm

Bu çalışmada darbeli ve yüksek frekanslı diyotların çalışma prensiplerini ele aldık. Diyotların her birinin kendi parametreleri, özellikleri ve elektrik devresindeki amacı vardır. Diyot, elektrik akımının yönüne bağlı olarak farklı iletkenliğe sahip elektronik bir elementtir. Diyot açıkken (yani küçük bir dirence sahipken) akım kaynağının artı kutbuna bağlanan diyot elektrota denir. anot negatif kutba bağlı - katot.

Darbe diyotları modunda çalışır elektronik anahtar. Darbelerin süresi çok küçük olabilir, bu nedenle diyot bir durumdan diğerine çok hızlı bir şekilde değişmelidir. Darbeli diyotların hızını karakterize eden ana parametre, ters direncin iyileşme süresidir. Azaltmak için, tabandaki küçük yük taşıyıcıların emilme sürecini hızlandıran özel önlemler kullanılır. Anahtarlama diyotları için gereksinimler, enjeksiyon olmaması ve tabanda küçük yük taşıyıcılarının birikmesi nedeniyle çok düşük bir eylemsizliğe sahip olan Schottky bariyerine dayalı diyotlar tarafından iyi bir şekilde karşılanır.

Yüksek frekanslı diyot, 600 MHz'e kadar yüksek frekanslı sinyallerin doğrusal veya doğrusal olmayan dönüşümü için kullanılır. (Mikrodalga diyotlar - 12 GHz'e kadar.) Dedektör devrelerinde kullanılır - bunlar yüksek frekanslı sinyal doğrultuculardır.

Bariyer kapasitansı Sat [µF]

f bağımlı [MHz]

Modern ithal diyotlarda "Kurtarma Süresi" gibi bir özellik kullanılır. Ultra hızlı diyotlarda 100 ns değerlerine ulaşır.

Kaynakça

1. Zh.I. Alferov, Yarı İletkenlerin Fiziği ve Teknolojisi. 1998. V.32. 1 numara. S.3-18.

2. Berg A., Dean P. LED'ler / Per. İngilizceden. ed. AE Yunoviç. M., 1979.

3. Kogan L. M. Yarı iletken ışık yayan diyotlar. M., 1983.

4. Losev O. V. Yarı iletken teknolojisinin kökeninde: Seçilmiş Çalışmalar. L., 1972.

Allbest.ru'da barındırılıyor

Benzer Belgeler

Yarı iletken diyot kavramı. Diyotların volt-amper özellikleri. Ölçüm cihazı devresinin hesaplanması. Kullanılan diyotların parametreleri. Yarı iletken diyotların temel parametreleri, düzeneği ve tasarımı. Cihaz alaşımı ve nokta diyotları.

dönem ödevi, 05/04/2011 eklendi

Elektrovakum (yarı iletken) cihazlar olarak diyot kavramı. Diyot cihazı, ana özellikleri. Diyotları ve özelliklerini sınıflandırma kriterleri. Diyotu bağlarken doğru polariteye uyulması elektrik devresi. Diyot işaretlemesi.

sunum, 10/05/2015 eklendi

Diyot gerilimi ve direnci. Bir yarı iletken diyot için akım-voltaj karakteristiğinin incelenmesi. Diyot direnç analizi. Voltajı ölçün ve bir diyot üzerinden akımı hesaplayın. Parametrik stabilizatörün yük karakteristiği.

uygulamalı çalışma, 31.10.2011 tarihinde eklendi

Diyotların akım-gerilim özelliklerinin incelenmesi, çeşitli gerilim değerlerinde karakterizasyonu. Diyotların akım-gerilim karakteristiklerinin grafiklerinin yaklaştırılması, birinci ve ikinci dereceden fonksiyonlar, üs. Kaynak programlar ve veriler.

laboratuvar çalışması, 24.07.2012 eklendi

Bir yarı iletken diyotun etki mekanizması, iki ucu olan doğrusal olmayan bir elektronik cihazdır. Bir zener diyodunun çalışması, akım-gerilim özelliği, ters bölümünde akım-gerilim bağımlı bir bölgeye sahip olan bir yarı iletken diyottur.

sunum, 12/13/2011 eklendi

Diyot yapısının ters akımının büyüklüğünün belirlenmesi. İdeal ve gerçek geçişlerin akım-gerilim özelliklerinin hesaplanması. Diferansiyel direnç, bariyer ve difüzyon kapasitansı, tükenme tabakası kalınlığının diyot voltajına bağımlılıkları.

dönem ödevi, 28.02.2016 tarihinde eklendi

Belirli bir ileri akımda doğrudan bağlantı ile bağlantı noktasındaki voltajın hesaplanması. Sıcaklığın ileri gerilim üzerindeki etkisi. diyot direnci doğru akım. Diyotun volt-amper karakteristiği. Bir zener diyoduna dayalı bir voltaj dengeleyicinin parametreleri.

testi, 01/14/2014 eklendi

Derleme ve gerekçe elektrik devresi akım-gerilim özelliklerinin ölçümleri yarı iletken cihazlar. Gerekli ölçü alet ve ekipman listesinin belirlenmesi, deney düzeneğinin kurulması. Bağımlılık grafikleri oluşturma.

dönem ödevi, 11/19/2015 eklendi

Üretim teknolojisine bağlı olarak diyotların sınıflandırılması: düzlemsel, nokta, mikroalaşım, mesadiffüzyon, epitaksiyel-düzlemsel. İşlevsel amaçlarına göre diyot çeşitleri. Temel parametreler, anahtarlama devreleri ve akım-gerilim karakteristikleri.

dönem ödevi, 01/22/2015 eklendi

Yarı iletken diyotların parametreleri, özellikleri, özellikleri, tristörler ve transistörler, doğrultucu diyotlar. işlemsel yükselteç, dürtü cihazları. uygulama komple sistem evrensel mantık devrelerini kullanan mantık fonksiyonları.

Darbe diyotları kısa süreli geçişlere sahiptir ve darbe devrelerinde çalışmak üzere tasarlanmıştır. Doğrultucu diyotlardan küçük kapasitansları - bağlantı noktaları (pikofaradların fraksiyonları) ve diyotun geçici özelliklerini belirleyen bir dizi parametrede farklılık gösterirler. Kapasitanslardaki azalma, bağlantı alanı azaltılarak elde edilir, bu nedenle izin verilen dağıtma güçleri küçüktür.

Darbe diyotlarının temel parametreleri

1. Toplam kapasite diyot (pay - birkaç).

2. Maksimum impuls ileri gerilimi.

3. İzin verilen maksimum darbe akımı.

4. Diyotun ileri voltajını oluşturma süresi kalındır - diyota ileri akım darbesinin uygulandığı andan, diyot üzerindeki ileri voltajın belirtilen değerine ulaşılana kadar geçen zaman aralığı - içindeki hareketin hızına bağlıdır azınlık yük taşıyıcılarının tabanı, bir sonucu olarak, direncinde bir azalma (kesir olmayan - paylar) bir sonucu olarak, kavşaktan enjekte edilir.

5. Diyotun ters direncinin geri kazanım süresi - akımın sıfırdan geçtiği andan (uygulanan voltajın polaritesini değiştirdikten sonra) ters akımın önceden belirlenmiş küçük bir değere ulaştığı ana kadar geçen zaman aralığı sipariş µs).

İyileşme süresinin varlığı, enjeksiyon sırasında diyotun tabanında biriken yükten kaynaklanmaktadır. Diyotu kilitlemek için bu yükün "tasfiye edilmesi" gerekir. Bu, azınlık yük taşıyıcılarının yayıcıya rekombinasyonları ve ters geçişi nedeniyle oluşur. İkincisi, ters akımda bir artışa yol açar. Voltajın polaritesini bir süre değiştirdikten sonra, ters akım çok az değişir (Şekil 2.13, a, b) ve yalnızca devrenin dış direnci ile sınırlıdır. Bu durumda, diyotun tabanında enjeksiyon sırasında biriken azınlık taşıyıcılarının yükü (konsantrasyon ) emilir (Şekil 2.13, c'de kesikli çizgiler).

Pirinç. 2.13. Ters voltaj bağlandığında diyot (a) üzerinden akımdaki değişiklik (b) ve darbeli diyotun (c) tabanındaki azınlık yük taşıyıcılarının konsantrasyonundaki değişiklik; sembol Schottky bariyerli diyot (g); diyot eşdeğer devresi (e): bağlantı direnci; - transfer kapasitansı; - baz ve yayıcı gövdesinin omik direnci; C - elektrotların elektrotlar arası kapasitansı

Zamanın sona ermesinden sonra, geçiş sınırındaki azınlık yük taşıyıcılarının konsantrasyonu denge olana eşittir, ancak tabanın derinliklerinde hala dengesiz bir yük vardır. Bu andan itibaren diyotun ters akımı statik değerine düşer. Değişimi, tabanda biriken yükün tamamen dağıldığı anda duracaktır.

Yüksek hızlı darbe devrelerinde, geçişin bir metal-yarı iletken teması temelinde yapıldığı Schottky diyotları yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu diyotların tabandaki yükleri biriktirmesi ve dağıtması zaman almaz, hızları yalnızca bariyer kapasitansını yeniden doldurma işleminin hızına bağlıdır. Schottky diyotlarının akım-gerilim karakteristiği, bağlantı noktalarına dayalı diyotların karakteristiğine benzer. Aradaki fark, uygulanan voltajın 8-10 on yılı içindeki ileri dalın neredeyse ideal bir üstel eğriyi temsil etmesi ve ters akımların küçük olmasıdır (onlarca nA'nın kesirleri). Yapısal olarak, Schottky diyotları, üzerine aynı tip elektriksel iletkenliğe sahip yüksek dirençli bir epitaksiyel filmin yerleştirildiği düşük dirençli bir silikon plaka şeklinde yapılır. Vakum biriktirme ile filmin yüzeyinde bir metal tabakası biriktirilir.

Schottky diyotlar ayrıca yüksek akım doğrultucularda ve logaritmik cihazlarda da kullanılır.

Schottky diyodunun sembolü ve diyodun eşdeğer devresi Şek. 2.13, y.y.

- bağlantısındaki diyot boyunca voltajdaki hızlı değişikliklerle, iki ana süreç nedeniyle geçici olaylar meydana gelir. Birincisi, diyot doğrudan açıldığında, yani diyotun tabanında azınlık taşıyıcılarının birikmesidir. difüzyon kapasitansının yükü. Ve voltaj tersine değiştiğinde (veya düştüğünde), bu yük emilir. İkinci fenomen, aynı zamanda anında meydana gelmeyen, ancak bir zaman sabiti ile karakterize edilen bariyer kapasitansının yeniden yüklenmesidir, burada diyotun diferansiyel direnci (ac direnci) ve bağlantı noktasının bariyer kapasitansıdır.

Şekil 1.11 - Diyotu açıktan kapalıya geçirme işlemi

Şekil 1.12 -. Bir diyotu kapalıdan açıka geçirme işlemi

Schottky diyotları (Şekil 1.13), geçişin metal-yarı iletken teması temelinde yapıldığı yüksek hızlı darbe devrelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Sembol, Şekil 16'da gösterilmiştir.

Şekil 1.13 - Schottky diyot sembolü

Bu diyotların tabandaki yükleri biriktirmesi ve dağıtması zaman almaz, hızları yalnızca bariyer kapasitansını yeniden doldurma işleminin hızına bağlıdır. Schottky diyotlarının akım-gerilim karakteristiği, bağlantı noktalarına dayalı diyotların karakteristiğine benzer. Aradaki fark, uygulanan voltajın 8 - 10 on yılı içindeki ileri dalın neredeyse ideal bir üstel eğriyi temsil etmesi ve ters akımların küçük olmasıdır (onlarca nanoampın kesirleri).

Schottky diyotlar ayrıca yüksek akım doğrultucularda ve logaritmik cihazlarda da kullanılır.

İş bitimi -

Bu konu şuna aittir:

Elektron deliği geçişi. yarı iletken diyotlar

Elektronik delik bağlantısı yarı iletken diyotlar elektronik delik bağlantısı ve onun .. yarı iletken diyotları ve özellikleri .. diyot, bir bağlantı noktasından oluşan ve iki ucu anot ve katodu olan yarı iletken bir cihazdır ..

Bu konuda ek malzemeye ihtiyacınız varsa veya aradığınızı bulamadıysanız, eser veritabanımızdaki aramayı kullanmanızı öneririz:

Alınan malzeme ile ne yapacağız:

Bu materyalin sizin için yararlı olduğu ortaya çıktıysa, onu sosyal ağlardaki sayfanıza kaydedebilirsiniz: