Конструктивное исполнение p-n перехода

1.5. Конструктивное исполнение p-n перехода

Рис. 1.6. Конструктивное исполнение p-n перехода:

а – точечного; б - плоскостного

А – вывод анода; К – вывод катода; 1 – металлический держатель пластины полупроводника;

2 – пластина полупроводника (Ge или Si); 3 – p-n переход; 4 – вольфрамовая игла;

5 – пластина сплава индия или алюминия

У точечного p-n перехода к центру германиевой или кремниевой пластины n-типа прижато остриё тонкой металлической (обычно вольфрамовой) иглы, концы которой могут быть покрыты слоем индия или золота. Вблизи острия иглы небольшая часть пластины в процессе технологической обработки приобретает проводимость p-типа. Между этой областью и пластиной получается p-n переход с односторонней проводимостью от иглы к пластине. Преимущество такой конструкции – весьма малая ёмкость p-n перехода (единицы пФ). Недостаток – малые величины прямого тока и обратного напряжения (I_п  30 мА, U_обр  30 В).

У плоскостного p-n перехода держатель полупроводниковой пластины выполнен из вольфрама и закреплён на металлическом корпусе. Этим достигается хороший отвод тепла и предотвращается растрескивание полупроводниковой пластины при тепловом расширении. В центр пластины полупроводника n-типа вплавляется пластина индия (для Ge) или алюминия (для Si). В месте плавления происходит диффузия атомов примеси в пластину полупроводника, проводимость этого объёма меняется на проводимость p-типа, и образуется p-n переход достаточно большой площади. Преимущество такой конструкции – большие величины прямого тока и обратного напряжения (I_п  100 мА, U_обр  100 В). Недостаток – большая ёмкость p-n перехода (сотни нФ). Из-за такой большой ёмкости плоскостные p-n переходы не могут работать на высокой частоте переменного тока.

Более подробные сведения о свойствах p-n переходов приведены в литературе [5].

Пример расчёта динамического (дифференциального) сопротивления p-n перехода

Определить дифференциальное сопротивление при прямом и обратном смещении, если при изменении прямого напряжения U_пр с 0,45 до 0,55 В прямой ток I_пр изменился с 2,5 до 7,5 мА, а при изменении обратного напряжения U_обр с 5 до 10 В обратный ток I_обр изменился с 20 до 40 мкА.

Решение. Динамическое (дифференциальное) сопротивление рассчитывается для приращений напряжения и тока (выражение 1.2).

При прямом смещении: кОм или 20 Ом.

При обратном смещении: МОм или 250 кОм.

Динамическое сопротивление при обратном смещении больше динамического сопротивления при прямом смещении в 250/0,02 = 12500 раз.

Контрольные вопросы

1. По какому признаку вещества относят к полупроводникам?

2. Какое удельное сопротивление имеют полупроводники?

3. Как зависит удельное сопротивление полупроводника от температуры?

4. Какой вид примеси позволяет получить электронный тип проводимости?

5. Какой вид примеси позволяет получить дырочный вид проводимости?

6. Как достигается односторонняя проводимость в полупроводнике?

7. Нарисуйте ВАХ p-n перехода. Как по ВАХ рассчитать прямое и обратное статическое и динамическое сопротивление?

8. Что вызывает тепловой пробой p-n перехода? Что следует ограничить, чтобы не возникал тепловой пробой?

9. Что вызывает электрический пробой p-n перехода? Что следует ограничить, чтобы не возникал электрический пробой?

10. В чём отличие точечных и плоскостных p-n переходов?