Диоды твердотельные. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Диоды твердотельные - широкий класс двухполюсных твердотельных приборов, объединяющим признаком к-рых является униполярность проводимости. Действие Д. т. основано на свойствах р-п-переходов или переходов металл-полупроводник (см. Шоттки барьер). По назначению выделяют неск. типов Д. т. Силовые выпрямители (вентили) НЧ-токов, макс. обратное напряжение U_обр к-рых лимитируется электрич. пробоем обратно смещённого р-n-перехода (достигает 1000 В), макс. прямой ток I_макс лимитируется необратимым (приводящим к разрушению прибора) тепловым пробоем (I~1000 А). Высокочастотные (импульсные) диоды, используемые как детекторы, смесители, генераторы гармоник и т. п., время восстановления

~1-10 нс. Для детектирования СВЧ-излучения применяют Д. т. с

~10-100 нс. Стабилизаторы напряжения (опорные диоды), распределение и концентрация легирующих примесей в к-рых подбираются так, чтобы обеспечить требуемое U_обр. За счёт пробоя осуществляется стабилизация напряжения на диоде. Осн. параметры - стабилизируемое напряжение, макс. ток через диод, дифференц. сопротивление на участке стабилизации. Варакторы, действие к-рых основано на нелинейной зависимости барьерной ёмкости р-n-перехода от напряжения смещения. Используются в параметрических усилителях, смесителях частот и др. Фотодиоды служат для регистрации световых сигналов. Работа основана на разделении электрич. полем р-n-перехода электронно-дырочных пар, генерируемых световыми квантами в окрестности р-n-перехода. В результате разделения во внеш. цепи протекает ток либо на контактах возникает фотоэдс. Осн. параметры - чувствительность, уровень шумов, квантовая эффективность (отношение электронного потока к интенсивности потока световых квантов), быстродействие. Разновидность фотодиодов - солнечные батареи. Светодиоды применяются в системах оптич. связи, индикации и освещения. Действие основано на излучат. рекомбинации электронно-дырочных пар в прямозонных полупроводниках (типа GaAs; подробнее см. Светоизлучающий диод). Разновидностью светодиодов являются инжекционные лазеры.

При классификации Д. т. по физ. принципу выделяют туннельные диоды, в к-рых толщина обеднённого слоя столь мала (~100 А), что энергетич. барьер между р- и n-областями оказывается "прозрачным" для туннелирования электронов из валентной зоны в зону проводимости и обратно. Они изготавливаются из высоколегиров. (вырожденных) полупроводников. Суперпозиция туннельного и обычного зонного механизмов проводимости обусловливает N-образную вольт-амперную характеристику (BAX) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. Эта особенность BAX и определяет гл. область применения туннельных диодов - генерацию СВЧ-излучения небольшой мощности.

Для генерации СВЧ-излучения используют и лавинно-пролётные диоды. В них в силу спец. профиля распределения легирующих примесей узкая область с высокой напряжённостью электрич. поля (область лавинного умножения носителей) содействует с областью со слабым полем (дрейфовая область или область пролёта). При определённых фазовых соотношениях между напряжениями на этих областях возникает динамич. отрицат. сопротивление всей структуры на частотах порядка обратного времени пролёта носителей, что и приводит к усилению либо генерации колебаний.

Для усиления и генерации служат также Ганна диоды ,в к-рых р-n-переходы отсутствуют, а усиление и генерация СВЧ-излучения происходят за счёт объёмного отрицат. сопротивления, возникающего в силу особенностей междолинного распределения электронов, напр. в GaAs (см. Ганна эффект).

По технол. признаку Д. т. классифицируют на: сплавные, изготавливаемые вплавлением таблетки металла в полупроводник (расплав обогащается примесью, обеспечивающей тип проводимости, противоположный типу исходного полупроводника, на границе расплава образуется р-n-переход); диффузионные, изготавливаемые высокотемпературной диффузией примесей, напыленных на поверхность кристалла, в его толщу (варьируя температуру и длительность диффузионного процесса, можно управлять глубиной "залегания" р-n-перехода); эпитаксиальные, в к-рых р-n-переход получается в процессе эпитаксиального роста полупроводниковой плёнки на монокристалле того же вещества, но с противоположным типом примеси; точечно-контактные, где р-n-переход или шоттки-барьер образуется у контакта, напр., вольфрамового острия с полупроводником. Для изготовления Д. т. используются также ионная имплантация и радиац. легирование.

В отд. случаях название отражает структурные признаки прибора. Напр., в р-i-n-диодах между высоколегированными р- и n-областями расположен слой полупроводника с проводимостью, близкой к собственной. Они применяются как высоковольтные выпрямители, в ВЧ-схемах, быстродействующие фотодетекторы и др. В диодах Шоттки слой, обеднённый осн. носителями в приповерхностной области полупроводника, возникает в силу разницы в работах выхода полупроводника и металла. Диоды Шоттки используют гл. обр. в ВЧ- и СВЧ-схемах.

Литература по твердотельным диодам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.