přednáška 6

UMEL FEKT VUT V BRNĚ J.Boušek / Elektronické součástky / P6
1

FEKT VUT v Brně ESO / P6 / J.Boušek 1
Výroba polovodičových přechodů
- germaniová hrotová dioda -
Wolframový hrot:
- typ N, připájení k držáku, umístění do skleněné trubičky
- přitlačení wolframového hrotu do povrchu Ge + zatavení

Formování:
- proudový impuls v propustném směru
- vzniknou krystalové poruchy (dislokace) – příměsi typu P
wolframový hrot = elektrický kontakt s oblastí P

C≤ 1 pF ; P
max
≈ 10 mW ; I
max
≈ 10 až 20 mA ; R
s
≈ 10 Ω ; t
r
< 1 µs
f
max
= 100 MHz ; U
R
10 až 200 V ; Se zvýšením U
R
klesá f
max
.


Zlatý hrot Au + ≈ 3% Ga:
- definovaný proudový impuls → přivaření Au + difúze galia
- miniaturní slitinový přechod PN → mnohem lepší vlastnosti
FEKT VUT v Brně ESO / P6 / J.Boušek 2
Výroba polovodičových přechodů
-křemíková hrotová dioda -
Mikrovlnné diody do kmitočtu 10 GHz:
- bezvývodové pouzdro - minimální hodnoty C a L
- typ P – na povrch přitlačován wolframový hrot
- formování diody mechanickým nárazem
- usměrňování na styku hrotu s polovodičem - Schotkyho dioda

N
A
měrný odpor mezní kmitočet průrazné (závěrné) napětí

Malé závěrné napětí:
- malé pracovní napětí
- ochrana před indukovaným napětím

Kvadratická charakteristika:
- měření vysokofrekvenčních výkonů (úměrný druhé mocnině U)
- směšovače
FEKT VUT v Brně ESO / P6 / J.Boušek 3
Detekční a spínací diody
Spínací - sepnuto/ vypnuto - obdélníkový průběh
Detekční (signálové) - harmonický signál vf

Potlačení setrvačnosti (akumulované minoritní nosiče):
- rekombinační centra (větší závěrný proud!!)
- menší plocha přechodu (bariérová kapacita)
- menší dotace (větší šířka = menší bariérová kapacita)

t
rr
< 500 ns, I
Fmax
≈ 10 – 100 mA , U
Rmax
. ≈ 100 – 300 V

Germaniové diody s přivařeným hrotem.

Schottkyho diody a mikrovlnné křemíkové diody t
rr
6 V
- mikroprůrazy (max. 100 µA/ ≈ mV/ ≈ MHz)
- generátor šumu

Bariérová kapacita přechodu C0 = 200 pF až 10 nF

Zenerova dioda (Zenerův = tunelový průraz)
Lavinová dioda – usměrňovací s velkou odolností proti průrazu
Stabilizační dioda
FEKT VUT v Brně ESO / P6 / J.Boušek 6
Pracovní oblastí je závěrná část VA charakteristiky.
Oblast prostorového náboje se chová jako dielektrikum

Varikap (variable capacitor)
- vf napětí je malé, takže nezpůsobí změnu kapacity.
- lineární kondenzátor s kapacitou řízenou přiloženým
(stejnosměrným) napětím
- požadavkem co nejvyšší linearita závislosti C = f(u
R
).

Varaktor (variable reactor)
- velká amplituda vf napětí
- velká změna kapacity během periody
- nelineární kondenzátor vyšší harmonické složky proudu
- požadavkem co nejvyšší nelinearita závislosti C = f(u
R
)
Kapacitní dioda - změna šířky přechodu PN

UMEL FEKT VUT V BRNĚ J.Boušek / Elektronické součástky / P6
2

FEKT VUT v Brně ESO / P6 / J.Boušek 7
Kapacitní dioda - změna šířky přechodu PN
D
j
j
U
U
C
C
−
=
1
0
Profil koncentrace nečistot:
- lineární (difúzní); n = 1/3
- strmý přechod; n = 1/2
- hyperstrmý přechod n > 1/2
FEKT VUT v Brně ESO / P6 / J.Boušek 8
Napěťový zdvih U
Rmax
/U
Rmin …
30 V / 3 V a menší

Kapacitní zdvih C
max
: C
min:

- pozvolný …2,5 x,
- strmý přechod …5 x
- hyperstrmý přechod až 20 x (souběh ve 4 bodech)

Náhradní zapojení:
- sériový článek R
S
C
S
. pro vf
- paralelní článek R
P
C
P pro nf

Kapacitní dioda - změna šířky přechodu PN
Činitel jakosti je závislý na
pracovním bodě a kmitočtu
FEKT VUT v Brně ESO / P6 / J.Boušek 9
Průrazné napětí v závislosti na koncentraci příměsí
Inverzní dioda
FEKT VUT v Brně ESO / P6 / J.Boušek 10
Tunelová a inverzní dioda
Tunelová dioda:
- vysoká koncentrace příměsí (>10
19
cm
-3
)
- velmi úzký přechod PN
- „tunelování“ v obou sm