Способы изготовления полупроводниковых диодов

Конструкции и простейшие способы изготовления полупроводниковых диодов

Для получения простейшего точечного диода берут пластинку металла с прикреплённым к ней выводом и к ней приваривают кристалл полупроводника электронного типа проводимости. Этот кристалл называют базой диода.

Затем берут металлическую иглу с присоединённым к ней выводом, изготавливаемую, например, из вольфрама, золота, бериллиевой бронзы, на которую нанесён легирующий материал, и её острый кончик упирают в кристалл базы диода так, чтобы игла была подпружинена. В качестве легирующего материала часто используют алюминий и индий. Все части будущего диода помещены в корпус, который, например, может быть маленьким стеклянным баллоном, из которого откачан воздух. Далее осуществляют формовку, то есть местное нагревание участка между иглой и полупроводниковой пластиной для того, чтобы на небольшой площади их материалы друг в друга диффундировали. Для этого через диод в прямом и обратном направлениях пропускают короткие импульсы с силой тока около 1 А, что во много раз превышает максимальный постоянный ток изготавливаемого точечного диода. Материал акцепторной примеси, который находился на игле, и тот, из которого она состояла, диффундируют на небольшой почти полусферический участок в базу диода, образуя переход. Точечные диоды благодаря небольшой площади электронно-дырочного перехода обычно обладают малой ёмкостью, а, следовательно, могут работать на высокой частоте, не теряя свойства односторонней проводимости. Однако малая площадь перехода не позволяет пропускать через точечный диод большие прямые токи без разрушения компонента.

Для изготовления плоскостного диода берут базу диода электронного типа проводимости и кладут на неё полупроводниковую пластину, которая позже станет играть роль акцепторной примеси. Затем их нагревают примерно до 450 °C … 550 °C в вакууме, отчего материал акцепторной примеси диффундирует в базу будущего диода. Полученный электронно-дырочный переход будет обладать большой площадью и существенной ёмкостью. Благодаря тому, что площадь плоскостного диода велика, через него можно пропускать весьма большой ток в прямом включении, однако наибольшая частота, на которой такой диод может сохранять работоспособность, будет низкой.

В заключение нужно отметить, что существуют и многие другие конструкции, а также способы изготовления диодов.

Дата добавления: 2014-12-22 ; просмотров: 1465 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Полупроводниковые диоды — технологии изготовления

1. исторически первые полупроводниковые диоды — т. н. кристаллический детектор — поликристалл PbS (природный минерал галенит, далее такие образцы PbS научились делать искусственно) — с помощью перемещаемого контакта (иглы) выбирали микрокристалл, образующий с основной массой p-n-переход; эти диоды были относительно высокочастотными, но работали с малыми мощностями

Первые силовые полупроводниковые диоды — т. н. купроксные и селеновые выпрямители;

В первых — медная пластина со слоем закиси меди с нанесенной поверх металлизацией (выпрямляющий контакт Cu-Cu2O);

Во вторых — металлическая пластина, покрытая слоем закристаллизованного селена, поверх которого нанесен слой легирующего металла (переход p-Se — n-Se)

2. точечные диоды — малые емкости, высокие рабочие частоты, малые мощности

3. сплавные (т. н. плоскостные) диоды — высокие рабочие токи и напряжения, но значительные емкости и низкие рабочие частоты

4. планарная диффузионная технология

без разрезки — сборка диодов с общим катодом

аналогично — из p-Si при диффузии доноров (P, As)

5. планарная эпитаксиальная и эпитаксиально-диффузионная технологии

6. меза-диффузионная и меза-эпитаксиальная технологии — уменьшение площади перехода (для уменьшения емкостей и увеличения рабочих частот) специальным травлением

7. ЛОКОС-технология — уменьшение площади перехода локальным объемным окислением

1948г. — усиление сигнала в системе двух сближенных точечных диодов, выполненных на общем Ge кристалле — т. н. точечный транзистор

1949г. — аналогичное устройство на основе сплавной технологии — сплавной (иначе — плоскостной) транзистор

— Нобелевская премия по физике за 1956г. — Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли

Структура и включение сплавного биполярного транзистора — две области одного типа проводимости (эмиттер и коллектор) и между ними область с противоположной проводимостью (база) :

при работе — к коллекторному переходу приложено обратное (запирающее) напряжение, к эмиттерному — прямое (отпирающее) напряжение

1. пусть ток эмиттера отсутствует Þ состояние базы — равновесное

Þ ток коллектора — ток утечки коллекторного перехода и определяется концентрациями неосновных носителей в базе и в коллекторе :

2. если включить ток эмиттера — при толстой базе (в базе) ни как не повлияет на ток коллектора

При тонкой базе () — неравновесная концентрация неосновных носителей по всей толщине базы

Но : в обедненной области коллекторного перехода — сильное электрическое поле и на границе обедненная область — база концентрация неосновных носителей =0 Þ в базе возникает градиент концентрации неосновных носителей и соответствующий диффузионный ток этих носителей от эмиттерного перехода к коллекторному (т. к. диффузионный ток )

Þ при тонкой базе появление тока эмиттера приводит к росту обратного тока коллекторного перехода

Полный ток эмиттера — сумма электронной и дырочной компонент :

— полезная составляющая (для p-n-p-транзистора)- только дырочный ток Þ эффективностью эмиттера называется отношение

Для сильно легированного эмиттера () и

Кроме того : часть неосновных носителей (в примере — дырок) рекомбинирует в базе Þ для компенсации их заряда в базу через ее вывод должен поступать некоторый ток электронов — т. е. есть , причем обычно

Характеризуют усилительные свойства дифференциальным коэффициентом передачи тока эмиттера

и дифференциальным коэффициентом передачи тока базы

Так же вводят статический коэффициент передачи тока базы

Поскольку , то и для типовых транзисторов

Схематически биполярный транзистор изображают :

Поскольку ток коллектора зависит прежде всего от тока эмиттера, и сравнительно слабо зависит от напряжения коллектор-база, то в простейшей эквивалентной схеме коллекторный переход заменяется управляемым генератором тока, эмиттерный — диодом ( — величины постоянных токов) :

Или, при линеаризации ( — малые приращения токов) :

— дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода

Основные схемы включения биполярных транзисторов — общая база (ОБ), общий эмиттер (ОЭ), общий коллектор (ОК) :

1. ОБ — в простейшем приближении имеем для малых приращений токов и напряжений :

Þ ,

Если внутреннее сопротивление источника сигнала , то

Особенность ОБ — низкое входное сопротивление () и отсутствие усиления по току ()

Кроме того, эта схема не инвертирует сигнал :

— т. е. положительное приращение напряжения на эмиттере вызывает положительное приращение напряжения коллектора

2. ОЭ — в приближении для малых приращений токов и напряжений :

здесь

— схема ОЭ инвертирует сигнал — при положительном приращении напряжения на базе («+» на входе) ток коллектора растет и напряжение на коллекторе снижается (отрицательное приращение напряжения, или «-» на выходе)

Существенно

Þ т. е. при близком токе нагрузки — схема ОЭ имеет значительное усиление по току :

При конечном сопротивлении источника сигнала

3. ОК — в приближении для малых приращений токов и напряжений :

ОК — в приближении для малых приращений токов и напряжений :

Þ — не инвертирует сигнал —

«+» приращения напряжения на базе увеличивает ток эмиттера и приводит к «+» приращения напряжения эмиттера

Если , то — т. н. эмиттерный повторитель

Входное сопротивление эмиттерного повторителя :

Выходное сопротивление эмиттерного повторителя :

— в -раз уменьшает вклад сопротивления источника сигнала — т. е. при отсутствии усиления но напряжению () есть усиление по току

В рассмотренных моделях при усиление схем ОБ и ОЭ — что реально не происходит, т. к. предельное усиление ограничено внутренним выходным сопротивлением транзистора (связанным с зависимостью и от )