какой метод не применяется для создания p n перехода в плоскостных диодах

Методы создания p-n-переходов

Электронно-дырочные переходы в зависимости от технологии изготовления разделяются на точечные, сплавные, диффузионные, эпитаксиальные, планарные и другие.

Точечные переходы

Образуются точечно-контактным способом (рис. 1.4.).

К полированной и протравленной пластине монокристаллического полупроводника n-типа подводят иглу, например из бериллиевой бронзы с острием 20-30 мкм. Затем через контакт пропускают кратковременные мощные импульсы тока. Место контакта разогревается до температуры плавления материала зонда, и медь легко диффундирует внутрь полупроводника образуя под зондом небольшую по объему область p-типа. Иногда перед электрической формовкой на конец иглы наносят акцепторную примесь (In или А1), при этом прямая проводимость контакта доходит, до 0,1 см. Таким образом, электронно-дырочный переход образуется в результате диффузии акцепторной примеси из расплава зонда и возникновения под ним области p-типа в кристаллической решетке полупроводника n-типа. Точечные переходы применяют при изготовлении высококачественных диодов для радиотехнического оборудования.

Сплавные переходы

Обычно получают выплавлением примеси в монокристалл полупроводника (рис. 1.5.).

Монокристалл, например германия n-типа распиливают на пластины толщиной 200-400 мкм и затем после травления и полировки разрезают на кристаллы площадью в два-три миллиметра и больше. На кристаллы, помещенные в графитовые кассеты, накладывают таблетку акцепторного материала, чаще всего индия. Затем кассета помещается в вакуумную печь, в которой таблетка индия и слой германия под ней расплавляются. Нагрев прекращается и при охлаждении германий кристаллизуется, образуя под слоем индия слой p-типа. Застывшая часть индия представляет собой омический (невыпрямляющий) контакт, на нижнюю часть пластины наносят слой олова, который служит омическим контактом к германию n-типа. К индию и олову припаивают выводы обычно из никелевой проволочки.

Иногда, для образования омического контакта с областью n-типа, на неё напыляют сплав Au-Sb, содержащий примерно 0.17% сурьмы, и вплавляют его при температуре 40°С.

Диффузионные переходы

Диффузионные переходы получают диффузией примесного вещества в исходную полупроводниковую пластинку (рис. 1.6.). Это один из наиболее широко используемых методов получения p-n-перехода, он имеет несколько разновидностей.

При планарном методе диффузии переходы получают, используя изолирующий слой, препятствующий диффузии примесей. На поверхности кремния n-типа выращивается тонкий (около 3 мкм) слой двуокиси кремния SiO₂ (рис. 1.6.). Фотолитографическим методом в определенных местах окисла получают «окна», через которые диффундирующие примеси проникают в n-слой, образуя переход.

Методы диффузии обеспечивают получение плавных p-n переходов и используются при изготовлении интегральных микросхем.

Эпитаксиальные переходы

Эпитаксиальные переходы образуются ориентированным направлением слоя монокристаллического полупроводника на исходном монокристалле-подложке (рис. 1.7.).

1 – p-n-переход; 2 –p-область; 3 – слой высокоомного полупроводника; 4 – подложка.

Для проведения эпитаксии необходимо создавать условия для конденсации атомов осаждаемого вещества на поверхности подложки. Конденсация происходит перенасыщением пара или жидкого раствора, а также при испарении осаждаемого вещества в вакууме в специальных реакторах. При наращивании плёнки с проводимостью противоположной подложке, образуется p-n-переход.

При изготовлении интегральных схем широко используют планарно-эпитаксиальный метод. Особенность такого технологического процесса заключается в том, что путём наращивания на подложку 4 из низкоомного кремния наносят тонкий слой 3 высокоомного полупроводника, повторяющего структуру подложки. Этот слой, называемый эпитаксиальным, покрывают плотной защитной пленкой SiO₂толщиной 1 мкм (рис. 1.8.). В плёнке протравливают «окно», через которое путем диффузии бора или алюминия создается p-n-переход, выход которого на поверхность оказывается сразу же надежно защищенным пленкой окисла.

Следует отметить, что в последние годы широкое распространение получили такие методы формирования p-n-переходов, как ионное легирование и молекулярно-лучевая эпитаксия.

Источник

Электронная техника (хотя бы 1 вопрос уже хорошо) ) Заранее спасибо

4)при какой схеме включения транзистора коэффициент усиления по мощности меньше или равен единице?
а) с общей базой
б) во всех случаях он больше единицы
в) с общим эммитером
г) с общим коллектором

5)чем обьясняется нелинейность вольт-амперной характеристики p-n перехода?
а) дефектами кристаллической структуры
б) вентильными свойствами

6)из какого материала может быть изготовлена таблетка примеси для получения п-н перехода методом сплавления в кристалле п-н типа?

а) из индия
б) из мышьяка

7) как изменится коэффициент усиления по току а) с увеличением толщины базы, б) с увеличением концентрации примеси в базе?
1)а, б) уменьшится
2) а) уменьшится, б) увеличиться
3) а) увеличиться, б) уменьшится
4) а, б) не изменится

9)сколько п-н переходов имеет симметрический резистор
а) 5
б) 3
в) 4
г) 2

10)У каких транзисторов а) большая устойчивость к радиации б) меньшее влияние на параметры в) меньшие собственные шумы:
1) а) б) у полевых в) у биполярных
2)а) у биполярных б) и в) у полевых
3) а) б) в) у полевых

11)Резистор это:
а) Преобразующий элемент переменного тока
в) элемент цепи, в котором происходит преобразование электрической энергии в тепловую

11)Резистор это:
в) элемент цепи, в котором происходит преобразование электрической энергии в тепловую

Источник

16 полупроводниковые диоды полупроводниковым диодом называют прибор с двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом

Главная > Документ

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

16.6. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Малая площадь р-n-перехода в точечном диоде обеспечивает ему минимальное значение межэлектродной емкости.

Рис. 16.14. Конструкция плоскостного выпрямительного диода: 1 — вывод; 2 — стеклянная втулка; 3 — полупроводниковый кристалл; 4 — гайка, 5 — шайба; 6 — основание: 7 — металлический корпус

Для получения таких площадей используют методы сплавления или диффузии. При методе сплавления на пластинку кристалла с донорной примесью помещают таблетку акцепторной примеси, которая расплавляется при нагреве в печи. Расплав частично проникает в кристалл и образует область р-типа, граничащую с массой кристалла. У этой границы возникает р-n-переход.

При изготовлении диода методом диффузии кристалл с донорной примесью помещают в газовую среду акцептора (кристалл с акцепторной примесью — в газовую среду донора) и выдерживают длительное время при заданной температуре. Диффундируя в поверхность кристалла, молекулы акцептора (или донора) образуют область с типом электропроводности, противоположным типу электропроводности кристалла.

Метод сплавления позволяет получить р-n-переход с резким изменением концентрации примеси. При методе диффузии концентрация примесных атомов в области р-n-перехода изменяется плавно.

Мощные плоскостные полупроводниковые диоды, рассчитанные на большие токи, изготовляют в массивных металлических корпусах, обеспечивающих поглощение и отвод теплоты, выделяющейся в р-n-переходе. С помощью массивных шайб и гаек корпус диода плотно прижимается к монтажной металлической панели.

Основной характеристикой диода служит его вольт-амперная характеристика, вид которой совпадает с видом характеристики р-n-перехода (см. рис. 16.12). Вольт-амперная характеристика диода существенно зависит от температуры окружающей среды, с повышением которой прямой ток диода при одном и том же напряжении может увеличиться в несколько раз. При заданном прямом токе с увеличением температуры снижается прямое напряжение между электродами диода.

Существенным образом влияет температура окружающей среды и на обратный ток, который тоже возрастает с увеличением температуры. При увеличении температуры окружающей среды выше определенного значения уже при небольших обратных напряжениях развивается тепловой пробой р-n-перехода и диод выходит из строя. Работоспособность германиевых диодов теряется при температуре около 70° С, а кремниевых — при 200° С. Высокая термическая устойчивость кремния — важнейшее его преимущество по сравнению с другими полупроводниковыми материалами. Кремниевые диоды допускают плотность тока в прямом направлении 10 А/мм 2 и более, что позволяет изготовлять мощные полупроводниковые устройства с относительно небольшими массами и габаритами.

Одна из важных характеристик диода — пробивное обратное напряжение. Это напряжение зависит от ширины обедненного слоя и у современных плоскостных диодов равно сотням и тысячам вольт. Оно несколько увеличивается с повышением температуры, не выходящим за пределы работоспособности диода.

Внутреннее сопротивление плоскостных диодов прямому току при номинальных режимах работы составляет десятые доли ом, с повышением температуры оно уменьшается.

(Ответьте на карт. № 16.6а.)

Карточка № 16.6а (175) Полупроводниковые диоды

Укажите основное достоинство точечного диода

Малые размеры Простота конструкции

Малая емкость р-n-перехода

Какой метод не применяется для создания р-n-перехода в плоскостных диодах?

Формовка большими импульсными токами

Из какого материала может быть изготовлена таблетка примеси для получения р-n-перехода методом сплавления в кристалле р-n-типа?

Как изменяется пробивное напряжение диода с увеличением температуры от 0 до 70″ С?

Это зависит от материала диода

С какой целью мощные диоды изготовляют в массивных металлических корпусах?

Для повышения прочности

Для лучшего отвода теплоты

Для повышения пробивного напряжения

Применение полупроводниковых диодов в современной технике весьма разнообразно. Рассмотрим наиболее характерные случаи.

Полупроводниковые диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока, называются выпрямительными. Плоскостные диоды малой и средней мощности широко используют в схемах питания радиоаппаратуры, в устройствах автоматики и вычислительной техники. Диоды большой мощности используют в силовых установках для питания тяговых электродвигателей, привода станков и механизмов, обеспечения технологических процессов в химическом и металлургическом производствах.

Для характеристики выпрямительных свойств диодов вводится коэффициент выпрямления, равный отношению прямого и обратного токов при одном и том же напряжении (например, 1 В). Чем выше коэффициент выпрямления, тем меньше потери и выше КПД выпрямителя.

Рис. 16.16.. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Диоды, предназначенные для работы в устройствах высокой и сверхвысокой частоты (ультракоротковолновая и космическая радиосвязь, радиолокация, телеизмерительная техника и т. д.), называют высокочастотными. СВЧ-диоды используются для модуляции и детектирования сверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц, а также в каскадах преобразования частоты радиоприемных устройств. В качестве высокочастотных обычно применяют точечные диоды, емкость электронно-дырочного перехода в которых составляет сотые и десятые доли пикофарад.

Детекторные свойства СВЧ-диода, определяемые коэффициентом выпрямления, зависят от емкости р-n-перехода. Чем меньше эта емкость, тем больше коэффициент выпрямления.

Ранее установили, что ширина обедненного слоя и, следовательно, емкость электронно-дырочного перехода зависят от напряжения, приложенного в непроводящем направлении. Такая зависимость дает возможность изменять емкость диода, варьируя обратное напряжение на нем. Диоды, применяемые в качестве конденсаторов с управляемой емкостью, называют варикапами.

Наличие у диода критического обратного напряжения, при котором наступает электрический (не тепловой) пробой (см. рис. 16.12), позволяет использовать полупроводниковый диод в схемах стабилизации напряжения.

Вспомним явление электронно-дырочного перехода электрический пробой

Электрический пробой вызывается совместным действием двух факторов: ударной ионизацией атомов и туннельным эффектом. Ударная ионизация возникает, когда под действием обратного напряжения электроны проводимости приобретают на расстоянии, равном длине свободного пробега, энергию, достаточную для отрыва других электронов при столкновении с атомами кристалла. При этом происходит лавинообразное увеличение количества носителей заряда и ток возрастает.

Диод, используемый для стабилизации напряжения, называется стабилитроном. Недостаток рассмотренной схемы — зависимость пробивного напряжения стабилитрона, а следовательно, и выходного напряжения U вых от температуры. Эту зависимость можно существенно уменьшить, включив последовательно со стабилитроном компенсирующий диод в прямом направлении.

Для стабилизации малых напряжений (порядка 1 В) используют диод, включенный по той же схеме, но в прямом направлении. При этом для повышения степени стабильности выходного напряжения структуру электронно-дырочного перехода формируют так, чтобы вольт-амперная характеристика диода в прямом направлении по возможности круто поднималась вверх при возрастании напряжения стабилизации (рис. 16.16).

При больших концентрациях легирующих примесей заметно усиливается туннельный эффект р-п- перехода. При этом в вольт-амперной характеристике диода появляется участок с отрицательным сопротивлением (прямой ток увеличивается с уменьшением прямого напряжения), что позволяет использовать его в схемах генерации и усиления электрических колебаний. Такие диоды называют туннельными.

Для работы в импульсных схемах изготовляют импульсные диоды, у которых перераспределение носителей зарядов в р-n-переходах при смене полярности напряжения (переходные процессы) происходит в десятые доли наносекунды. Чем меньше время переходных процессов, тем меньше искажается форма импульсов. Для ускорения переходных процессов уменьшают до возможного предела межэлектродную емкость, а также легируют область р-n-перехода небольшой присадкой золота.

Условные обозначения некоторых полупроводниковых диодов изображены на рис. 16.17.

Маркировку диодов осуществляют с помощью цифр и букв.

Карточка № 16.66 (240) Полупроводниковые диоды

Какие диоды применяют для выпрямления переменного тока?

Источник

1.3 Методы создания p-n-переходов

1.3.1 Точечные переходы

Образуются точечно-контактным способом (рис. 1.4.). К полированной и протравленной пластине монокристаллического полупроводника n-типа подводят иглу, например из бериллиевой бронзы с острием 20-30 мкм. Затем через контакт пропускают кратковременные мощные импульсы тока. Место контакта разогревается до температуры плавления материала зонда, и медь легко диффундирует внутрь полупроводника образуя под зондом небольшую по объему областьp-типа. Иногда перед электрической формовкой на конец иглы наносят акцепторную примесь (Inили А1), при этом прямая проводимость контакта доходит, до 0,1 см. Таким образом, электронно-дырочный переход образуется в результате диффузии акцепторной примеси из расплава зонда и возникновения под ним областиp-типа в кристаллической решетке полупроводникаn-типа. Точечные переходы применяют при изготовлении высококачественных диодов для радиотехнического оборудования.

1.3.2 Сплавные переходы

Обычно получают выплавлением примеси в монокристалл полупроводника (рис. 1.5.). Монокристалл, например германияn-типа распиливают на пластины толщиной 200-400 мкм и затем после травления и полировки разрезают на кристаллы площадью в два-три миллиметра и больше. На кристаллы, помещенные в графитовые кассеты, накладывают таблетку акцепторного материала, чаще всего индия. Затем кассета помещается в вакуумную печь, в которой таблетка индия и слой германия под ней расплавляются. Нагрев прекращается и при охлаждении германий кристаллизуется, образуя под слоем индия слой p-типа. Застывшая часть индия представляет собой омический (невыпрямляющий) контакт, на нижнюю часть пластины наносят слой олова, который служит омическим контактом к германиюn-типа. К индию и олову припаивают выводы обычно из никелевой проволочки.

Иногда, для образования омического контакта с областью n-типа, на неё напыляют сплавAu-Sb, содержащий примерно 0.17% сурьмы, и вплавляют его при температуре 40°С.

1.3.3 Диффузионные переходы

При планарном методе диффузии переходы получают, используя изолирующий слой, препятствующий диффузии примесей. На поверхности кремния n-типа выращивается тонкий (около 3 мкм) слой двуокиси кремния SiO₂(рис. 1.6.). Фотолитографическим методом в определенных местах окисла получают «окна», через которые диффундирующие примеси проникают вn-слой, образуя переход.

Методы диффузии обеспечивают получение плавных p-nпереходов и используются при изготовлении интегральных микросхем.

1.3.4 Эпитаксиальные переходы

1 – p-n-переход; 2 – p-область; 3 – слой высокоомного полупроводника; 4 – подложка.

При изготовлении интегральных схем широко используют планарно-эпитаксиальный метод. Особенность такого технологического процесса заключается в том, что путём наращивания на подложку 4 из низкоомного кремния наносят тонкий слой 3 высокоомного полупроводника, повторяющего структуру подложки. Этот слой, называемый эпитаксиальным, покрывают плотной защитной пленкой SiO₂ толщиной 1 мкм (рис. 1.8.). В плёнке протравливают «окно», через которое путем диффузии бора или алюминия создается p-n-переход, выход которого на поверхность оказывается сразу же надежно защищенным пленкой окисла.

Источник

Карточка №16.4а (стр.471- 472) Электропроводность полупроводников

Карточка №16.4а (стр.471- 472)

1)Какие факторы создают собственную электропроводность кристаллов?

г)Все перечисленные выше

2)Почему с увеличением температуры увеличивается проводимость полупроводникового кристалла?

а)Увеличивается кол-во пар свободных носителей зарядов

б)Увеличивается длина свободного пробега электронов

в)Увеличивается ширина зоны проводимости

3)Как влияют примесные зоны на процесс образования пар свободных носителей зарядов?

4) Отчего зависит значение примесной электропроводности кристалла?

а)От материала примеси

б) От кол-во примеси

в)От того и от другого

Карточка №16.4б (стр 476)

1)Где образуются свободные носители заряда при введении сурьмы в качестве примеси в германий?

2)Где образуются свободные носители заряда при введении бора в качестве примеси в кремний?

3) К какому типу относится:

Карточка №16.5а (стр 479-480)

б) а) дырки ; b) электроны

в) а) электроны ; b) дырки

3)Как изменяется ширина обедненного слоя с увеличением концентрации примесей?

Карточка №16.5б (стр 482)

1)Чем объясняется нелинейность вольт-амперной характеристики p-n-перехода?

а)Дефектами кристаллической структуры

2)Какой пробой опасен для p-n-перехода?

3)Какие носители заряда размножаются ударной ионизацией атомов?

4)Какие носители заряда проникают сквозь потенциальный барьер вследствие тунельного эффекта?

5)Чес объясняются емкостные свойства p-n-перехода?

а)Возникновением двух разноименных объемных зарядов

б)Недостаточно плотным соединением кристаллов разного типа

Карточка №16.6а (стр 485)

1)Укажите основное достоинство точечного диода

в)Малая емкость p-n-переходы

2)Какой метод не применяется для создания p-n-перехода в плоскостных диодах?

а)Формовка большими импульсными токами

в)Это зависит от материала диода

4)С какой целью мощные диоды изготавливают в массивных металлических корпусах?

а)Для повышения прочности

б)Для лучшего отвода теплоты

в)Для повышения пробивного напряжения

Карточка №16.16 (стр 488-489)

1)Какие диоды применяют для выпрямления переменного тока?

2)Какие диоды применяют

a-для получения постоянного тока в химическом производстве

b-в качестве детекторов в радиоприемных устройствах?

3)Какие диоды работают в режиме пробоя?

г)При пробое диоды выходят из строя

4)Какие диоды используют для генерации электрических колебаний?

а)Генераторы электрических колебаний могут быть построены на триодах

5)Какими буквами маркируют высокочастотные и туннельные диоды?

Карточка№16.7а (стр 492-493)

а)Это зависит от типа транзистора ( n-p-n или p-n-p)

2)Какие конструктивные особенности принципиально отличают базу от эмиттера или коллектора?

г)Все указанные выше

3)Как изменится ток базы с увеличением концентрации легирующей примеси в ней?

4)Как изменится коэффициент усиления по току:

а) а), b) Не изменится

б) а) Увеличится; b) уменьшится

в) а) Уменьшится ; b) увеличится

5)Что произойдет, если в транзисторе

типа p-n-p плюс подключить к коллектору, а минус к эмиттеру?

а)Прибор выйдет из строя

б)Транзистор не будет работать

в)Уменьшится коэффициент усиления

Карточка №16.7б (стр 496)

1)Укажите полярность напряжения:

2)Транзистор включен по схеме с общей базой. Может ли превышать единицу:

б) а) Может ;b)не может

в) а)не может ; b)может

3)При какой схеме включения транзистора коэффициент усиления по мощности меньше или равен единице?

б)С общим эмиттером

в)С общим коллектором

г)Во всех случаях он больше единицы

Карточка №16.7в (стр 498-499)

1)Как называется зависимость

2)Семейство каких характеристик можно получить, меняя Iэ?

3)Какая схема включения транзистора эквивалентна схеме катодного повторителя?

б)С общим эмиттером

в)С общим коллектором

Карточка №16.9 (стр 507-508)

1)Каким способом нельзя перевести тиристор из открытого состояния в закрытое?

а)Уменьшением до нуля напряжения на основных электродах

б)Изменением полярности напряжения на основных электродах

в)Изменением полярности напряжения на управляющем электроде

3)Чему равны коэффициенты и на участке 1 кривой, изобр. на рис.16.31?

4)Что произойдет с коэффициентами и вблизи точки 2 (см. рис. 16.31)?

5)Чем определяется угол наклона участка 4 относительно горизонтальной оси? (см. рис. 16.31)

а)Напряжением на основных эклетродах

б)Напряжением на управляющих элктродах

в)Сопротивлением нагрузки, включенной последовательно с тиристором

Карточка №16.10 (стр 509-510)

Области применения транзисторов и тиристоров

1)Какой буквой в маркировке обозначают управляемый тиристор?

2)Из какого материала изготовлена база транзистора, марка которого начинается с цифры 2?

3)В каких схемах нецелесообразно использовать транзисторы?

а)В схемах генерации высокочастотных колебаний

б)В схемах усиления сигналов по мощности

в)В схемах выпрямления переменных токов

4)Какие приборы целесообразно использовать для преобразования параметров тока в системах энергоснабжения?

5)В каких областях техники находят применение транзисторы и тиристоры?

б)В вычислительной технике

г)Во всех перечисленных

Карточки №17.1 (стр 511-512)

Основные понятия и определения

1)Какова природа светлого излучения?

2)Зависит ли энергия от интенсивности светового потока Ф?

а)Это зависит от спектрального состава излучения

3)Как влияет изменение температуры окружающей среды на качество работы фотоэлектрических приборов?

Карточка №17.4 (стр 519)

1)Какими свободными носителями зарядов обусловлен ток в обычном резисторе?
а)Электронами

в)И электронами, и дырками

2)Какими свободными носителями зарядов обусловлен ток в фоторезисторе?

в)И электронами, и дырками

3)Обладает ли полупроводниковый фоторезистор односторонней проводимостью?

в)Это зависит от материала, из которого он изготовлен

Карточка №17.5 (стр 522)

1)Какое различие существует между фотодиодом и обычным полупроводниковым диодом?

2)Можно ли использовать неосвещенный фотодиод в качестве выпрямителя?

3)Каково соотношение полярности напряжений на зажимах освещенного и неосвещенного фотодиодов?
а)

б)

в)

г)

Карточка №17.6 ( стр 524- 525)

1)Какие носители обеспечивают ток в базе фототранзистора типа p-n-p?

а)Электроны и дырки

2)Каково влияние электронов, накапливающихся в базе фототранзистора, на чувствительность прибора?

в)Не влияют на чувствительность

3)Каким должно быть соотношение концентрации носителей зарядов в эмиттере и базе фототранзистора для его нормальной работы?

б)Концентрация носителей в базе должна быть больше, чем в эмиттере

в)Концентрация носителей в эмиттере должна быть больше, чем в базе

4)Можно ли использовать неосвеценный фототранзистор в обычном усилительном режиме?

в)Это зависит от конструкции фототранзистора

Карточка №18.1 ( стр 528)

1)Каким должно быть соотношение между прямым сопротивлением диода Rпр и Rобр?

б)Rобр >

в) Rдр

Источник