การบรรยายครั้งที่ 2. ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์
การเปลี่ยนผ่านของหลุมอิเล็กตรอนและสมบัติของมัน- จุดเชื่อมต่อหลุมอิเล็กตรอนเป็นชั้นบางๆ ระหว่างคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์สองส่วน โดยส่วนหนึ่งมีค่าการนำไฟฟ้าทางอิเล็กทรอนิกส์ และอีกส่วนหนึ่งมีค่าการนำไฟฟ้าของรู กระบวนการต้นกำเนิดของการเปลี่ยนแปลงของหลุมอิเล็กตรอนอาจแตกต่างกัน: ฟิวชั่น (โลหะผสมไดโอด), การแพร่กระจายของสารหนึ่งไปยังอีกสารหนึ่ง (ไดโอดการแพร่), การเจริญเติบโตของ epitaxy - มุ่งเน้นของผลึกหนึ่งบนพื้นผิวของอีกผลึกหนึ่ง (ไดโอด epitaxis) ฯลฯ โดยการออกแบบ , การเปลี่ยนผ่านของหลุมอิเล็กตรอนสามารถสมมาตรและไม่สมมาตร, คมชัดและเรียบ, ระนาบและจุด ฯลฯ อย่างไรก็ตาม สำหรับการเปลี่ยนทุกประเภท คุณสมบัติหลักคือการนำไฟฟ้าแบบไม่สมมาตร ซึ่งคริสตัลจะไหลผ่านกระแสในทิศทางเดียว แต่ไม่ผ่าน ในอีกทางหนึ่ง
โครงสร้างของการเปลี่ยนผ่านหลุมอิเล็กตรอนแสดงไว้ในรูปที่ 1 2.1 ก. ส่วนหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงนี้ถูกเจือด้วยสิ่งเจือปนของผู้บริจาคและมี การนำไฟฟ้า(N - พื้นที่) อีกส่วนหนึ่งเจือด้วยสารเจือปนของตัวรับ โดยมีค่าการนำไฟฟ้าของรู (บริเวณ P) ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนในส่วนหนึ่งและความเข้มข้นของรูในอีกส่วนหนึ่งมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ยังมีความเข้มข้นเล็กน้อยทั้งสองส่วน สื่อรายย่อย.
อิเล็กตรอนในภูมิภาค N มีแนวโน้มที่จะทะลุเข้าไปในบริเวณ P ซึ่งความเข้มข้นของอิเล็กตรอนต่ำกว่ามาก ในทำนองเดียวกัน รูจากบริเวณ P จะเคลื่อนไปยังบริเวณ N อันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่สวนทางของประจุตรงข้าม ทำให้เกิดกระแสการแพร่กระจายที่เรียกว่า อิเล็กตรอนและรูที่ข้ามส่วนต่อประสานจะทิ้งประจุตรงข้ามไว้เบื้องหลังซึ่งป้องกันไม่ให้กระแสการแพร่กระจายผ่านไปอีก เป็นผลให้สมดุลไดนามิกถูกสร้างขึ้นที่ขอบเขต และเมื่อปิดบริเวณ N- และ P จะไม่มีกระแสไหลในวงจร การกระจายตัวของความหนาแน่นประจุอวกาศในช่วงการเปลี่ยนภาพแสดงไว้ในรูปที่ 1 2.1 ข.
ในกรณีนี้ สนามไฟฟ้าภายใน E ภายในจะปรากฏภายในคริสตัลที่ส่วนต่อประสาน ซึ่งมีทิศทางดังแสดงในรูปที่ 1 2.1. ความแรงของสนามนี้จะสูงสุดที่อินเทอร์เฟซ ซึ่งสัญลักษณ์ของการชาร์จพื้นที่จะเปลี่ยนไปอย่างกะทันหัน ที่ระยะหนึ่งจากอินเทอร์เฟซ ไม่มีประจุพื้นที่และเซมิคอนดักเตอร์มีความเป็นกลาง
ความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นที่ทางแยก pn ถูกกำหนดโดยความต่างศักย์หน้าสัมผัสระหว่างบริเวณ N และ P ความต่างศักย์ไฟฟ้าจากการสัมผัสจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในพื้นที่เหล่านี้:
โดยที่ T =kT/q คือศักย์ความร้อน N n และ P p คือความเข้มข้นของอิเล็กตรอนและรูในภูมิภาค N และ P ส่วน n i คือความเข้มข้นของตัวพาในเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่มีการเจือ
ความต่างศักย์สัมผัสของเจอร์เมเนียมคือ 0.6... 0.7V และสำหรับซิลิคอน - 0.9... 1.2V ความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการใช้แรงดันไฟฟ้าภายนอกที่จุดเชื่อมต่อ p หากแรงดันไฟฟ้าภายนอกสร้างสนามในรอยต่อ pn ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าภายใน ความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะเพิ่มขึ้น เมื่อขั้วย้อนกลับของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะลดลง หากใช้แรงดันไฟฟ้า
นอกจากกระแสแพร่แล้ว กระแสตรงยังมีกระแสการนำไหลเข้าด้วย ทิศทางตรงกันข้ามดังนั้น กระแสรวมเมื่อไบแอสไปข้างหน้าทางแยก p-n จะเท่ากับความแตกต่างระหว่างกระแสการแพร่ (2.2) และกระแสการนำไฟฟ้า:
สมการ (2.3) เรียกว่าสมการ Ebers-Moll และคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้ากระแสที่สอดคล้องกันของจุดเชื่อมต่อ p-n จะแสดงในรูปที่ 1 2.3. เนื่องจากที่ t =ZOOK ศักย์ความร้อนคือ T=25mV จากนั้นที่ U = 0.1 V เราสามารถสรุปได้ว่า
ความต้านทานส่วนต่างของจุดเชื่อมต่อ p-n สามารถกำหนดได้โดยใช้สูตร (2.3):
เราได้มันมาจากไหน
ตัวอย่างเช่น ที่กระแส I = 1A และ t = 25 mV ความต้านทานส่วนต่างของทางแยกคือ 25 m0m
ค่าจำกัดของแรงดันไฟฟ้าที่ทางแยก p-n ที่มีไบแอสไปข้างหน้าจะต้องไม่เกินค่าความต่างศักย์หน้าสัมผัส k แรงดันย้อนกลับถูกจำกัดโดยการพังทลายของทางแยก p-n การพังทลายของทางแยก pn เกิดขึ้นเนื่องจากการคูณของหิมะถล่มของพาหะส่วนน้อย และเรียกว่าการพังทลายของหิมะถล่ม ในระหว่างการพังทลายของทางแยก p-n กระแสไฟที่ผ่านทางแยกจะเพิ่มขึ้นโดยไม่มีขีดจำกัดที่แรงดันไฟฟ้าคงที่ที่ตัดผ่าน ดังแสดงในรูปที่ 1 2.3.
จุดเชื่อมต่อ p-n ของเซมิคอนดักเตอร์มีความจุเท่ากับ กรณีทั่วไปถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของการเพิ่มประจุที่ทางแยกต่อการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมนั้น เช่น C=dq/du- ความจุของจุดเชื่อมต่อขึ้นอยู่กับค่าและขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ภายนอก เมื่อใช้แรงดันย้อนกลับข้ามทางแยก ความจุนี้เรียกว่าสิ่งกีดขวางและถูกกำหนดโดยสูตร
โดยที่ k คือความต่างศักย์หน้าสัมผัส U คือแรงดันย้อนกลับที่ทางแยก แถบ C (0) คือค่าของความจุของสิ่งกีดขวางที่ U = 0 ซึ่งขึ้นอยู่กับพื้นที่ของทางแยก p-n และคุณสมบัติของ คริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ การขึ้นอยู่กับความจุของสิ่งกีดขวางกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะแสดงในรูปที่ 1 2.4.
ตามทฤษฎี ความจุของสิ่งกีดขวางนั้นมีอยู่ที่แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าที่จุดเชื่อมต่อ p-n แต่จะถูกปัดทิ้งด้วยค่าความต้านทานดิฟเฟอเรนเชียลต่ำ r ดิฟเฟอเรนเชียล
เมื่อรอยต่อ p-n มีเอนเอียงไปข้างหน้า ความจุการแพร่จะมีอิทธิพลมากกว่ามาก ซึ่งขึ้นอยู่กับค่าของกระแสไปข้างหน้า I และอายุการใช้งานของพาหะส่วนน้อย p ความจุไฟฟ้านี้ไม่เกี่ยวข้องกับกระแสไบแอส แต่ให้การเปลี่ยนเฟสระหว่างแรงดันและกระแสเท่ากันกับความจุไฟฟ้าปกติ ค่าความสามารถในการแพร่สามารถหาได้จากสูตร
ความจุรวมของทางแยกภายใต้อคติไปข้างหน้าถูกกำหนดโดยผลรวมของสิ่งกีดขวางและความจุการแพร่กระจาย
เมื่อทางแยกมีไบแอสแบบย้อนกลับ จะไม่มีความจุการแพร่และความจุทั้งหมดประกอบด้วยความจุของอุปสรรคเท่านั้น
ไดโอดสารกึ่งตัวนำเรียกว่าอุปกรณ์ที่มีเอาต์พุตสองตัวและจุดเชื่อมต่อ p-n หนึ่ง (หรือหลายจุด) ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: วงจรเรียงกระแสและพิเศษ ไดโอดเรียงกระแสตามชื่อแนะนำ ได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไข เครื่องปรับอากาศ- ขึ้นอยู่กับความถี่และรูปร่าง แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับแบ่งออกเป็นความถี่สูง ความถี่ต่ำ และพัลส์ ชนิดพิเศษสารกึ่งตัวนำไดโอดใช้งานต่างๆ คุณสมบัติพีเอ็น-การเปลี่ยนแปลง; ปรากฏการณ์การพังทลาย, ความจุของสิ่งกีดขวาง, การมีอยู่ของพื้นที่ที่มีความต้านทานเชิงลบ ฯลฯ
ตามโครงสร้าง ไดโอดเรียงกระแสจะถูกแบ่งออกเป็นไดโอดระนาบและไดโอดจุด และตามเทคโนโลยีการผลิตเป็นโลหะผสม การแพร่กระจาย และ epitaxis เนื่องจากพื้นที่ขนาดใหญ่ของทางแยก pn จึงมีการใช้ไดโอดระนาบเพื่อแก้ไขกระแสขนาดใหญ่ พอยต์ไดโอดก็มี พื้นที่ขนาดเล็กการเปลี่ยนแปลงและได้รับการออกแบบเพื่อแก้ไขกระแสขนาดเล็ก ในการเพิ่มแรงดันพังทลายของหิมะถล่ม จะใช้คอลัมน์เรียงกระแส ซึ่งประกอบด้วยชุดไดโอดที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม
ไดโอดเรียงกระแส พลังงานสูงเรียกว่าพลัง วัสดุสำหรับไดโอดดังกล่าวมักจะเป็นซิลิคอนหรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ เจอร์เมเนียมไม่ได้ใช้จริงเนื่องจากมีความแข็งแรง การพึ่งพาอุณหภูมิกระแสย้อนกลับ ไดโอดซิลิคอนอัลลอยด์ใช้ในการแก้ไขกระแสสลับที่มีความถี่สูงถึง 5 kHz ไดโอดกระจายซิลิคอนสามารถทำงานที่ความถี่สูงกว่าได้ถึง 100 kHz ไดโอดซิลิคอนอีปิเทกเซียลที่มีซับสเตรตโลหะ (พร้อมตัวกั้นชอตกี) สามารถใช้ที่ความถี่สูงถึง 500 kHz ไดโอดแกลเลียมอาร์เซไนด์สามารถทำงานได้ในช่วงความถี่สูงถึงหลาย MHz
ด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ผ่านทางแยก pn แรงดันไฟฟ้าจำนวนมากจะลดลงอย่างมากในกลุ่มเซมิคอนดักเตอร์ และไม่สามารถละเลยได้ เมื่อคำนึงถึงการแสดงออก (2.4) ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอดเรียงกระแสจะอยู่ในรูปแบบ
โดยที่ R คือความต้านทานปริมาตรของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งเรียกว่าความต้านทานแบบอนุกรม
การกำหนดกราฟิกทั่วไปของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์จะแสดงในรูปที่ 1 2.5a และโครงสร้างของมันในรูป 2.5 บ. อิเล็กโทรดไดโอดที่เชื่อมต่อกับบริเวณ P เรียกว่าแอโนด (คล้ายกับไดโอดสุญญากาศไฟฟ้า) และอิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับบริเวณ N เรียกว่าแคโทด คุณลักษณะแรงดันกระแสคงที่ของไดโอดจะแสดงในรูปที่ 1 2.5 นิ้ว
พาวเวอร์ไดโอดมักจะมีลักษณะเฉพาะด้วยชุดพารามิเตอร์คงที่และไดนามิก พารามิเตอร์คงที่ของไดโอดประกอบด้วย:
แรงดันตกคร่อม U np คร่อมไดโอดที่ค่าหนึ่งของกระแสไปข้างหน้า
กระแสย้อนกลับ ฉันหมุนรอบด้วยค่าหนึ่งของแรงดันย้อนกลับ
ค่าเฉลี่ยของกระแสไปข้างหน้า I np.cp ;
แรงดันย้อนกลับแบบพัลส์ U rev.i
พารามิเตอร์ไดนามิกของไดโอดประกอบด้วยคุณลักษณะเวลาหรือความถี่ พารามิเตอร์เหล่านี้ได้แก่:
แรงดันไฟย้อนกลับเวลาฟื้นตัว
เวลาที่เพิ่มขึ้นของกระแสไปข้างหน้า I var;
จำกัดความถี่โดยไม่ลดโหมดไดโอด f m ax
สามารถตั้งค่าพารามิเตอร์คงที่ได้โดยใช้คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอด ซึ่งแสดงไว้ในรูปที่ 1 2.5 นิ้ว ค่าทั่วไปของพารามิเตอร์คงที่ของไดโอดพลังงานแสดงไว้ในตาราง 1 2.1.
ต 
ตารางที่ 2.1
เวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับของไดโอด t oc เป็นพารามิเตอร์หลักของไดโอดเรียงกระแสซึ่งแสดงคุณสมบัติเฉื่อย ถูกกำหนดเมื่อไดโอดเปลี่ยนจากกระแสไปข้างหน้าที่กำหนด I pr ไปเป็นแรงดันย้อนกลับที่กำหนด U arr กราฟของการสลับดังกล่าวจะแสดงในรูป 2.6 ก. แผนภาพการทดสอบที่แสดงในรูปที่. 2.6 b เป็นวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นที่ทำงานบนโหลดความต้านทาน R n และขับเคลื่อนจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ารูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า
แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตของวงจร ณ เวลา t=0 กระโดด ค่าบวกอืม เนื่องจากความเฉื่อยของกระบวนการแพร่ กระแสในไดโอดจะไม่ปรากฏขึ้นทันที แต่จะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป เมื่อรวมกับกระแสที่เพิ่มขึ้นในไดโอดแรงดันไฟฟ้าบนไดโอดจะลดลงซึ่งหลังจาก t nar จะเท่ากับ U pr ณ เวลา t 1 โหมดคงที่จะถูกสร้างขึ้นในวงจรซึ่งกระแสไดโอด i = I n อืม / R n.
สถานการณ์นี้จะคงอยู่จนถึงเวลา t 2 เมื่อขั้วของแรงดันไฟฟ้าจ่ายกลับด้าน อย่างไรก็ตาม ประจุสะสมที่ขอบเขตของจุดเชื่อมต่อ pn จะรักษาไดโอดให้อยู่ในสถานะเปิดเป็นระยะเวลาหนึ่ง แต่ทิศทางของกระแสในไดโอดจะกลับกัน โดยพื้นฐานแล้ว การดูดซับประจุจะเกิดขึ้นที่ขอบเขตของรอยต่อ p-n (นั่นคือ การคายประจุของความจุที่เท่ากัน) หลังจากช่วงเวลาการดูดซับ t การแข่งขัน กระบวนการปิดไดโอดจะเริ่มต้นขึ้นเช่น กระบวนการคืนคุณสมบัติการล็อค
เมื่อถึงเวลา t 3 แรงดันไฟฟ้าบนไดโอดจะกลายเป็นศูนย์และต่อมาจะได้ค่าที่ตรงกันข้าม กระบวนการคืนค่าคุณสมบัติการบล็อกของไดโอดจะดำเนินต่อไปจนถึงเวลา t 4 หลังจากนั้นไดโอดจะถูกล็อค มาถึงตอนนี้ กระแสในไดโอดจะกลายเป็นศูนย์ และแรงดันไฟฟ้าถึงค่า -U m - ดังนั้น เวลา tres สามารถนับจากการเปลี่ยนแปลง Ud ถึงศูนย์จนกระทั่งกระแสไดโอดถึงค่าศูนย์ I d =0
เมื่อพิจารณาถึงกระบวนการเปิดและปิดไดโอดเรียงกระแส แสดงว่าไดโอดนั้นไม่ใช่วาล์วในอุดมคติ และจะมีสภาพนำไฟฟ้าได้ภายใต้สภาวะบางประการ ทิศทางย้อนกลับ- เวลาการสลายของพาหะส่วนน้อยในรอยต่อ pn สามารถกำหนดได้โดยสูตร
โดยที่ p คืออายุการใช้งานของผู้ให้บริการรายย่อย
เวลาฟื้นตัวของแรงดันย้อนกลับบนไดโอดสามารถประมาณได้โดยใช้นิพจน์โดยประมาณ
ควรสังเกตว่าเมื่อ Rn = 0 (ซึ่งสอดคล้องกับการทำงานของไดโอดบนโหลดแบบ capacitive) กระแสย้อนกลับผ่านไดโอดในขณะที่ปิดอยู่อาจสูงกว่ากระแสโหลดในโหมดคงที่หลายเท่า
จากการตรวจสอบกราฟในรูป 2.6 a ส่งผลให้การสูญเสียกำลังในไดโอดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเปิดและโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปิด เป็นผลให้การสูญเสียในไดโอดเพิ่มขึ้นตามความถี่ที่เพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไข เมื่อไดโอดทำงานที่ความถี่ต่ำและแรงดันไฟฟ้าจ่ายอยู่ในรูปแบบฮาร์มอนิก จะไม่มีพัลส์กระแสไฟฟ้าที่มีแอมพลิจูดสูง และความสูญเสียในไดโอดจะลดลงอย่างรวดเร็ว
เมื่ออุณหภูมิของตัวไดโอดเปลี่ยนแปลง พารามิเตอร์ของมันจะเปลี่ยนไป ต้องคำนึงถึงการพึ่งพาอาศัยกันนี้เมื่อพัฒนาอุปกรณ์ แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของไดโอดและกระแสย้อนกลับขึ้นอยู่กับอุณหภูมิมากที่สุด ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแรงดันไฟฟ้า (TCV) บนไดโอดมีค่า ค่าลบเนื่องจากเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมไดโอดจะลดลง ประมาณเราสามารถสรุปได้ว่า TKN U pr = -2mV/K
กระแสย้อนกลับของไดโอดขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของเคสมากยิ่งขึ้นและมีค่าสัมประสิทธิ์เชิงบวก ดังนั้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นทุกๆ 10°C กระแสย้อนกลับของไดโอดเจอร์เมเนียมจะเพิ่มขึ้น 2 เท่า และกระแสย้อนกลับของไดโอดซิลิคอนเพิ่มขึ้น 2.5 เท่า
การสูญเสียในไดโอดเรียงกระแสสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร
โดยที่ P pr - การสูญเสียในไดโอดระหว่างทิศทางไปข้างหน้าของกระแส P arr - การสูญเสียในไดโอดระหว่างกระแสย้อนกลับ P rec - การสูญเสียในไดโอดที่ระยะการกู้คืนแบบย้อนกลับ
ค่าประมาณของการสูญเสียล่วงหน้าสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร
โดยที่ I pr.sr และ U pr.sr คือค่าเฉลี่ยของกระแสไปข้างหน้าและแรงดันไปข้างหน้าบนไดโอด ในทำนองเดียวกัน คุณสามารถคำนวณการสูญเสียกำลังระหว่างกระแสย้อนกลับได้:
และสุดท้าย ความสูญเสียในขั้นตอนการฟื้นตัวแบบย้อนกลับจะถูกกำหนดโดยสูตร
โดยที่ f คือความถี่ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ
หลังจากคำนวณการสูญเสียพลังงานในไดโอดแล้ว ควรกำหนดอุณหภูมิของตัวไดโอดโดยใช้สูตร
โดยที่ T p.max = 150 0 C คืออุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตของผลึกไดโอด, R pc - ความต้านทานความร้อนของตัวจุดเชื่อมต่อ - ไดโอด (ระบุในข้อมูลอ้างอิงสำหรับไดโอด), Tk.max - อุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตของตัวไดโอด
ไดโอดกั้นชอตกี- ในการแก้ไขแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงต่ำ มีการใช้ Schottky Barrier Diode (SBD) กันอย่างแพร่หลาย ไดโอดเหล่านี้ใช้หน้าสัมผัสระหว่างโลหะกับเซมิคอนดักเตอร์แทนการเชื่อมต่อ pn ณ จุดที่สัมผัสกัน ชั้นเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่มีตัวพาประจุจะปรากฏขึ้น ซึ่งเรียกว่าชั้นเกท ไดโอดที่มีสิ่งกีดขวาง Schottky แตกต่างจากไดโอดที่มีจุดต่อ pn ในพารามิเตอร์ต่อไปนี้:
แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าต่ำ;
มีแรงดันย้อนกลับต่ำกว่า
กระแสไฟรั่วที่สูงขึ้น
แทบจะไม่มีค่าธรรมเนียมการกู้คืนแบบย้อนกลับ
ลักษณะสำคัญสองประการทำให้ไดโอดเหล่านี้ขาดไม่ได้ในการออกแบบวงจรเรียงกระแสแรงดันต่ำและความถี่สูง: แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าต่ำ และเวลาในการฟื้นตัวของแรงดันย้อนกลับต่ำ นอกจากนี้การขาดสื่อที่ไม่ใช่สื่อหลักที่ต้องใช้เวลาในการกู้คืนหมายถึง การขาดงานทางกายภาพการสลับการสูญเสียของไดโอดเอง
ในไดโอดกั้นชอตกี แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าเป็นฟังก์ชันของแรงดันย้อนกลับ แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของไดโอด Schottky สมัยใหม่คือประมาณ 150V ที่แรงดันไฟฟ้านี้ แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ DS จะน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของไดโอดที่มีจุดต่อ p-n 0.2...0.3V
ข้อดีของไดโอด Schottky จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษเมื่อแก้ไขแรงดันไฟฟ้าต่ำ ตัวอย่างเช่น ไดโอดชอตกี 45 โวลต์มีแรงดันไปข้างหน้า 0.4...0.6V และที่กระแสเดียวกัน ไดโอดที่มีจุดเชื่อมต่อ p-n จะมีแรงดันตกคร่อม 0.5...1.0 V เมื่อแรงดันย้อนกลับลดลงถึง แรงดันไปข้างหน้า 15V ลดลงเหลือ 0.3...0.4V โดยเฉลี่ยแล้ว การใช้ไดโอด Schottky ในวงจรเรียงกระแสสามารถลดการสูญเสียได้ประมาณ 10...15% ความถี่การทำงานสูงสุดของ DS เกิน 200 kHz ที่กระแสสูงถึง 30 A
การบรรยายครั้งที่ 3. ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ชนิดพิเศษ
ประเภทของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์- ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ชนิดพิเศษ ได้แก่ อุปกรณ์ที่ใช้ คุณสมบัติพิเศษทางแยก p-n: ความจุเซมิคอนดักเตอร์แบบควบคุม - วาริแคปและวาแรคเตอร์ คลื่นซีเนอร์และหิมะถล่ม - ซีเนอร์ไดโอด; เอฟเฟกต์อุโมงค์- อุโมงค์และไดโอดย้อนกลับ เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค - โฟโตไดโอด; การรวมตัวกันใหม่ของโฟตอนของผู้ให้บริการชาร์จ - LED; ไดโอดหลายชั้น - ไดนิสเตอร์ นอกจากนี้ อุปกรณ์บางประเภทที่มีขั้วต่อสามขั้ว เช่น ไทริสเตอร์และไดโอดแบบดับเบิ้ลเบส จะถูกจัดประเภทเป็นไดโอด
วาริแคปเป็นไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ความจุกั้นของจุดเชื่อมต่อ p-n ความจุนี้ขึ้นอยู่กับแรงดันย้อนกลับที่ใช้กับไดโอดและลดลงเมื่อเพิ่มขึ้น ปัจจัยด้านคุณภาพของความจุกั้นของ varicap อาจค่อนข้างสูง เนื่องจากมันถูกแบ่งโดยความต้านทานของไดโอดที่ค่อนข้างสูงที่อคติย้อนกลับ
การแสดงแผนผังของวาริแคปแสดงไว้ในรูปที่ 3.1 a และคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าความจุไฟฟ้าแสดงไว้ในรูปที่ 1 3.1 ข. เครื่องหมายวาริคาปาประกอบด้วยธาตุ 5 ประการ องค์ประกอบแรกระบุวัสดุที่ใช้ทำวาริแคป (K - ซิลิคอน) องค์ประกอบที่สองระบุว่าไดโอดเป็นของคลาสย่อย varicap (B - varicap) องค์ประกอบที่สามคือตัวเลขที่กำหนดวัตถุประสงค์ของ varicap (1 - สำหรับการปรับแต่ง varicap, 2 - สำหรับการคูณ varicap) องค์ประกอบที่สี่ก็คือ หมายเลขซีเรียลการพัฒนา. และสุดท้าย องค์ประกอบที่ห้าสอดคล้องกับการคัดกรองตามพารามิเตอร์ ตัวอย่างเช่นในรูป 3.1 b แสดงคุณลักษณะของ varicap ของ KV117A
ค่าทางทฤษฎีของความจุวาริแคปสามารถกำหนดได้จากสูตร
โดยที่ C 0 คือความจุเริ่มต้นของ varicap ที่ U ใน = 0, U in คือแรงดันไฟฟ้าบน varicap, k คือความต่างศักย์หน้าสัมผัส
พารามิเตอร์หลักของ varicap คือ: ความจุเริ่มต้น C o, ปัจจัยด้านคุณภาพ Q c, สัมประสิทธิ์การทับซ้อนกันของความจุ K c ปัจจัยด้านคุณภาพของ varicap ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของกำลังปฏิกิริยาของ varicap Q ต่อกำลัง P:
*ต่อไปนี้ ไดโอดทั้งหมด (เช่น อุปกรณ์สองขั้วที่มีจุดเชื่อมต่อ n-p) ถูกกำหนดเป็น VD หรือ D ดังในรูป 3.1.
ค่าสัมประสิทธิ์การทับซ้อนกันของความจุถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของความจุสูงสุด C สูงสุดของ varicap ต่อความจุขั้นต่ำ C min
นอกจากนี้ มักระบุค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความจุวาริแคป c = C/T และความถี่จำกัด fpre ซึ่งปัจจัยด้านคุณภาพของวาริแคปลดลงเหลือ Q = 1 มักถูกระบุ
ปัจจัยด้านคุณภาพของ varicap จะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มแรงดันย้อนกลับและลดความถี่ในการทำงาน กราฟของการพึ่งพาปัจจัยด้านคุณภาพของ varicap ของ KV117A กับความถี่และแรงดันย้อนกลับจะแสดงในรูปที่ 1 3.2.
วงจรวาริแคปที่เท่ากันจะแสดงในรูปที่ 1 3.3 โดยที่ C b คือความจุของกั้น R w คือความต้านทานของจุดเชื่อมต่อและการรั่วไหลที่แยกออกจากกันเนื่องจากการออกแบบของวาริแคป R p คือความต้านทานของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ บริเวณ p-n และการสัมผัส อิมพีแดนซ์ของวาริแคปถูกกำหนดโดย
สูตรสามารถกำหนดปัจจัยด้านคุณภาพของวาริแคปในบริเวณความถี่ต่ำตาม (3.4) ได้
จากนั้นจึงเพิ่มขึ้นตามความถี่ที่เพิ่มขึ้น
ที่ความถี่สูง หากตรงตามเงื่อนไข C b R w >>1 ความต้านทาน R n สามารถละเลยได้ จากนั้นปัจจัยด้านคุณภาพของ varicap จะขึ้นอยู่กับความถี่ตามสูตร
นั่นคือมันลดลงตามความถี่ที่เพิ่มขึ้น
ตามมาด้วยปัจจัยด้านคุณภาพของ varicap ที่มีค่าสูงสุดซึ่งสอดคล้องกับความถี่
ในกรณีนี้ สามารถหาปัจจัยด้านคุณภาพสูงสุดได้โดยใช้สูตร
ในรูป รูปที่ 3.3 b แสดงการขึ้นต่อกันของปัจจัยด้านคุณภาพ Q ต่อความถี่ของวาริแคปที่ทำจากซิลิคอนและแกลเลียมอาร์เซไนด์ จากกราฟจะเห็นได้ว่าความถี่ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ varicap ของแกลเลียมอาร์เซไนด์คือ ~ 1 kHz ในขณะที่สำหรับ varicap ซิลิคอนนั้นเกือบจะถึง 1 MHz
Varicaps ถูกนำมาใช้ในด้านต่างๆ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ ah: โมดูเลเตอร์, วงจรเรโซแนนซ์ที่ปรับได้, เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ปรับด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์, เครื่องขยายสัญญาณแบบพาราเมตริกและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ ในรูป รูป 3.4 แสดงแผนภาพวงจรเรโซแนนซ์ที่มีการจูนแบบอิเล็กทรอนิกส์ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง U p. แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับ จุดกึ่งกลาง varicap ที่เชื่อมต่อแบบ back-to-back สองตัวผ่าน VD1 และ VD2 ผ่านทางตัวต้านทานเพิ่มเติม การรวม varicap นี้ทำให้สามารถเพิ่มความชันในการปรับแต่งได้ และลดความจำเป็นในการใช้ตัวเก็บประจุแยก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรูปแบบดังกล่าว อุตสาหกรรมผลิต varicaps คู่ประเภท KVS111 หรือ KVS120
ซีเนอร์ไดโอด- เหล่านี้เป็นไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่ทำงานในโหมดพังทลายของหิมะถล่ม เมื่อไดโอดเซมิคอนดักเตอร์มีไบแอสแบบย้อนกลับ จะเกิดการพังทลายของหิมะถล่มทางไฟฟ้าของจุดเชื่อมต่อ p-n ยิ่งกว่านั้น ในช่วงการเปลี่ยนแปลงกระแสที่หลากหลายผ่านไดโอด แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมจะเปลี่ยนแปลงน้อยมาก หากต้องการจำกัดกระแสผ่านซีเนอร์ไดโอด จะต้องต่อความต้านทานแบบอนุกรมเข้าด้วยกัน หากในโหมดสลายพลังงานที่ใช้ไม่เกินค่าสูงสุดที่อนุญาตดังนั้นในโหมดนี้ซีเนอร์ไดโอดสามารถทำงานได้อย่างไม่มีกำหนด ในรูป 3.5a แสดงการแสดงแผนผังของซีเนอร์ไดโอด และรูปที่ 3.5 b แสดงคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน
แรงดันไฟฟ้าเสถียรภาพของซีเนอร์ไดโอดขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ในรูป 3.56 เส้นประแสดงการเคลื่อนที่ของลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันพร้อมกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เห็นได้ชัดว่าการเพิ่มอุณหภูมิจะเพิ่มแรงดันพังทลายของหิมะถล่มที่ Ust > 5V และลดลงที่ Ust< 5 В. Иначе говоря, стабилитроны с напряжением стабилизации больше 5 В имеют положительный температурный коэффициент напряжения (ТКН), а при U cт < 5В - отрицательный. При U cт =6...5B ТКН близок к нулю.
บางครั้งแรงดันตกคร่อมไดโอดจะถูกนำมาใช้เพื่อรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้า อุปกรณ์ดังกล่าวตรงกันข้ามกับซีเนอร์ไดโอดเรียกว่าสเตบิสเตอร์ ในบริเวณที่มีอคติไปข้างหน้าของจุดเชื่อมต่อ p-n แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมจะมีค่า 0.7...2V และขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย ในเรื่องนี้สเตบิสเตอร์ช่วยให้คุณรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าต่ำเท่านั้น (ไม่เกิน 2V) เพื่อจำกัดกระแสผ่านตัวคงตัว จะมีการรวมความต้านทานไว้ในอนุกรมด้วย ต่างจากซีเนอร์ไดโอดตรงที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าบนตัวกันโคลงจะลดลง เนื่องจากแรงดันไปข้างหน้าบนไดโอดมี TKN เป็นลบ วงจรเชื่อมต่อซีเนอร์ไดโอดแสดงไว้ในรูปที่ 1 3.6 a และตัวกันโคลง - ในรูป 3.6 ข.
ลักษณะข้างต้นของการพึ่งพาอุณหภูมิของแรงดันไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอดเกิดจากการ ประเภทต่างๆพังทลายในพวกเขา ในทางแยกกว้างที่มีความแรงของสนามสูงถึง 5*10 4 V/cm จะเกิดการพังทลายของหิมะถล่ม การพังทลายที่แรงดันไฟฟ้าทางแยก > 6V มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวก
ในทางแคบที่มีความตึงเครียดสูง สนามไฟฟ้า(มากกว่า 1.4 * 10 6 V) สังเกตการสลายซึ่งเรียกว่า ซีเนอร์- การพังทลายนี้เกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าที่จุดเชื่อมต่อต่ำ (น้อยกว่า 5V) และมีลักษณะเป็นค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ทางแยกอยู่ระหว่าง 5 ถึง 6V การพังทลายทั้งสองประเภทจะเกิดขึ้นพร้อมกัน ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิจึงใกล้เคียงกับศูนย์ กราฟการพึ่งพา ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ TKH st จากแรงดันไฟฟ้าเสถียรภาพ U st แสดงในรูปที่ 1 3.7.
พารามิเตอร์หลักของซีเนอร์ไดโอดคือ:
แรงดันไฟฟ้าเสถียรภาพ U st;
ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้า TKN st;
กระแสไฟฟ้าที่อนุญาตผ่านซีเนอร์ไดโอด I st.add
ความต้านทานดิฟเฟอเรนเชียลของซีเนอร์ไดโอด r st
นอกจากนี้ สำหรับพัลซ์ซีเนอร์ไดโอด เวลาในการสลับของซีเนอร์ไดโอด t ที่เปิดจะถูกทำให้เป็นมาตรฐาน และสำหรับซีเนอร์ไดโอดแบบสองด้าน ความไม่สมมาตรของแรงดันไฟฟ้าเสถียรภาพ U st = U st1 – U st2 จะถูกทำให้เป็นมาตรฐาน
ความต้านทานส่วนต่างของซีเนอร์ไดโอดเป็นพารามิเตอร์ที่กำหนดลักษณะความชันของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันในบริเวณพังทลาย ในรูป รูปที่ 3.8a แสดงคุณลักษณะเชิงเส้นตรงของซีเนอร์ไดโอด ซึ่งคุณสามารถกำหนดความต้านทานดิฟเฟอเรนเชียลและสร้างวงจรสมมูลที่แสดงในรูปที่ 3 3.8 บ.
และ 
โดยใช้อันที่แสดงในรูป วงจรสมมูล 3.8 b คุณสามารถคำนวณตัวปรับแรงดันไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดที่แสดงในรูปที่ 1 3.9 ก. เมื่อแทนที่ซีเนอร์ไดโอดด้วยวงจรที่เท่ากันเราจะได้วงจรการออกแบบดังแสดงในรูปที่ 1 3.9 บ. สำหรับโครงร่างนี้ คุณสามารถเขียนระบบสมการได้
จากการแก้ระบบสมการ (3.9) เราได้แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของโคลง
เมื่อแทนค่าของ I n เราก็จะได้
จากนิพจน์ (3.11) ตามมาว่าแรงดันเอาต์พุตของโคลงนั้นขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตของโคลง U ใน, ความต้านทานโหลด I n และขีด จำกัด ปัจจุบัน R g รวมถึงพารามิเตอร์ของซีเนอร์ไดโอด U st และร.
สัญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอดประกอบด้วย: วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ (K - ซิลิคอน); การกำหนดคลาสย่อยของซีเนอร์ไดโอด (ตัวอักษร C) ตัวเลขแสดงพลังของซีเนอร์ไดโอด ตัวเลขสองตัวที่สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าคงที่ และตัวอักษรที่ระบุถึงการออกแบบหรือคุณลักษณะของตัวเครื่อง ตัวอย่างเช่น ซีเนอร์ไดโอด KS168A สอดคล้องกับซีเนอร์ไดโอดพลังงานต่ำ (กระแสน้อยกว่า 0.3 A) ที่มีแรงดันไฟฟ้าคงที่ 6.8 V ในกล่องโลหะ
นอกเหนือจากการรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่แล้ว ซีเนอร์ไดโอดยังใช้เพื่อจำกัดพัลส์แรงดันไฟฟ้าและในวงจรป้องกันอีกด้วย องค์ประกอบต่างๆจากการเพิ่มแรงดันไฟให้กับพวกมัน
ไดโอดอุโมงค์- เอฟเฟกต์อุโมงค์คือการที่กระแสไหลผ่านอุโมงค์ทางแยก pn ในกรณีนี้ กระแสไฟฟ้าเริ่มไหลผ่านทางแยกที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าความต่างศักย์ไฟฟ้าของหน้าสัมผัสอย่างมาก เอฟเฟกต์อุโมงค์ทำได้โดยการสร้างชั้นพร่องบางมาก ซึ่งในไดโอดอุโมงค์มีความหนาถึง 0.01 ไมครอน ด้วยชั้นที่บางลงจนหมดลง แม้ที่แรงดันไฟฟ้า 0.6...0.7 V ความแรงของสนามไฟฟ้าจะสูงถึง (5...7)*10 5 V/cm. ในเวลาเดียวกัน กระแสไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญจะไหลผ่านทางแยก p-n ที่แคบเช่นนี้
กระแสนี้ไหลในทั้งสองทิศทาง เฉพาะในบริเวณอคติไปข้างหน้าเท่านั้น กระแสจะเพิ่มขึ้นก่อน และเมื่อถึงค่า I สูงสุด ที่แรงดันไฟฟ้า U 1 จากนั้นลดลงอย่างรวดเร็วจนถึง I min ที่แรงดันไฟฟ้า U 2 กระแสที่ลดลงเกิดจากการที่แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นในทิศทางไปข้างหน้า จำนวนอิเล็กตรอนที่สามารถทำให้การเปลี่ยนผ่านของอุโมงค์ลดลง ที่แรงดันไฟฟ้า U 2 จำนวนอิเล็กตรอนดังกล่าวจะกลายเป็นศูนย์และกระแสในอุโมงค์จะหายไป
เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเหนือ U2 มากขึ้น การไหลของกระแสไปข้างหน้าจะเหมือนกับการไหลของไดโอดทั่วไป และถูกกำหนดโดยการแพร่กระจาย
เนื่องจากชั้นแยก p-n มีความหนาน้อยมาก ระยะเวลาการเปลี่ยนผ่านจึงสั้นมาก (มากถึง 10 13 – 10 14 วินาที) ดังนั้นไดโอดอุโมงค์จึงเป็นอุปกรณ์ที่แทบไม่มีความเฉื่อยเลย ในไดโอดทั่วไป อิเล็กตรอนจะผ่านจุดเชื่อมต่อเนื่องจากการแพร่ เช่น ช้ามาก คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของอุโมงค์ไดโอดจะแสดงในรูปที่ 1 3.10 a และการแสดงแผนผังอยู่ในรูปที่ 3 3.10 ข.
ในคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของอุโมงค์ไดโอด สามารถแยกแยะได้สามส่วนหลัก: ส่วนเริ่มต้นของการเติบโตปัจจุบันจากจุด 0 ถึง I สูงสุด ส่วนของกระแสลดลงจาก I สูงสุดถึง I min และส่วนของการเติบโตปัจจุบันเพิ่มเติม จากฉัน เห็นได้ชัดว่าส่วนที่ตกลงมาซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าบวกที่เพิ่มขึ้น U > 0 สอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าที่เป็นลบ I มีความต้านทานเป็นลบ (หรือค่าการนำไฟฟ้าเป็นลบ -G)
วงจรสมมูลของอุโมงค์ไดโอดที่จุดการทำงานที่เลือกในส่วนความต้านทานลบสำหรับสัญญาณขนาดเล็กมีรูปแบบที่แสดงในรูปที่ 1 3.10 นิ้ว ในแผนภาพนี้ C คือความจุรวมของไดโอดที่จุดต่ำสุดของลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้า -G คือค่าการนำไฟฟ้าเชิงลบในส่วนที่ตกลงมา r n คือความต้านทานการสูญเสียอนุกรม L คือการเหนี่ยวนำของสายนำ
วงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้อุโมงค์ไดโอดจะแสดงในรูปที่ 1 3.11 ก. ในวงจรนี้ อุโมงค์ไตรโอด TD เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับโหลดและแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่ E เพื่อให้การสั่นเกิดขึ้นในวงจรนี้ ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขสองประการ เงื่อนไขแรกคือแรงดันไฟฟ้าต้นทาง E ตรวจสอบให้แน่ใจว่าจุดการทำงานของ TD นั้นอยู่ในส่วนความต้านทานลบ (ส่วนที่ตกลงมา) เงื่อนไขที่สองคือความต้านทานเชิงลบของ TD มากกว่าความต้านทานโหลดเชิงบวก RH (เช่น 1/G > RH)
ในรูป 3.11 b แสดงวิธีการเลือกแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงาน E สำหรับความต้านทานโหลดที่กำหนด R H จุดสองจุดถูกพล็อตบนแกนของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของ TD แกนแรงดันไฟฟ้าแสดงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงาน E ซึ่งสอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าบนไดโอดที่มีโหลด RH ลัดวงจร และแกนปัจจุบันแสดง E/RH ปัจจุบัน ซึ่งสอดคล้องกับ TD ลัดวงจร ทั้งสองจุดนี้เชื่อมต่อกันด้วยเส้นตรงซึ่งเรียกว่าโหลด จุดตัดของเส้นโหลด R H พร้อมคุณสมบัติแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของ TD สอดคล้องกับกระแสเท่ากัน (ซึ่งจำเป็นเมื่อเชื่อมต่อเป็นอนุกรม) และกำหนดตำแหน่งของจุดปฏิบัติการ
ดังที่เห็นได้จากรูป 3.11 b จุดปฏิบัติการบนส่วนที่ตกลงมาสามารถทำได้สองวิธีในการวาดเส้นโหลด โหลดเส้น 1 ลากผ่านจุด E 1 และ E 1 /R H2 ตัดกันคุณสมบัติแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของ TD ที่จุด A, B และ C สามจุด เห็นได้ชัดว่าเมื่อเชื่อมต่อพลังงานเข้ากับวงจรจุดแรกจะเป็นจุดปฏิบัติการ A โดยที่แนวต้านของ TD เป็นบวก ดังนั้น จะไม่มีการสร้างอีกต่อไป
เส้นโหลด 2 ที่ลากระหว่างจุด E 2 และ E 2 / R H3 ตัดกันคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของ TD ที่จุด B เท่านั้น แรงดันไฟฟ้าที่เลือก E 2 และโหลด R H3 นี้ให้ความเป็นไปได้ของการแกว่งในวงจร . เพื่อหาค่าความต้านทานโหลดที่อนุญาต เราจะหาค่าความต้านทานลบของ TD ในการทำเช่นนี้เราจะกำหนดความต้านทานรวมของ TD โดยใช้วงจรสมมูล (รูปที่ 3.10 c)
ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์เรียกว่าตัวแปลงไฟฟ้า อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์มีหัวต่อไฟฟ้าเรียงกระแส 1 ช่อง มีเอาต์พุต 2 ช่อง
โครงสร้างของไดโอดสารกึ่งตัวนำด้วย การเปลี่ยนผ่านของหลุมอิเล็กตรอนและการกำหนดกราฟิกแบบธรรมดาจะแสดงไว้ในรูปที่ 1 1.2, ก, ข.
ตัวอักษร p และ n แสดงถึงชั้นที่มีความนำไฟฟ้าประเภท p และ n ตามลำดับ
โดยทั่วไปแล้ว ความเข้มข้นของตัวพาประจุส่วนใหญ่ (รูในชั้น p และอิเล็กตรอนในชั้น n) จะแตกต่างกันอย่างมาก ชั้นเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความเข้มข้นสูงกว่าเรียกว่าตัวปล่อย และชั้นที่มีความเข้มข้นต่ำกว่าเรียกว่าเบส
ต่อไป เราจะพิจารณาองค์ประกอบหลักของไดโอด (จุดเชื่อมต่อ p-n และหน้าสัมผัสโลหะ-เซมิคอนดักเตอร์แบบไม่แก้ไข) ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เป็นพื้นฐานของการทำงานของไดโอด ตลอดจน แนวคิดที่สำคัญใช้เพื่ออธิบายไดโอด
ความเข้าใจอย่างลึกซึ้ง ปรากฏการณ์ทางกายภาพและความเชี่ยวชาญของแนวคิดเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นไม่เพียง แต่เพื่อเลือกประเภทไดโอดเฉพาะอย่างถูกต้องและกำหนดโหมดการทำงานของวงจรที่เกี่ยวข้องโดยทำการคำนวณแบบดั้งเดิมโดยใช้เทคนิคอย่างใดอย่างหนึ่ง
เนื่องจากมีการนำเข้าสู่การปฏิบัติงานด้านวิศวกรรมอย่างรวดเร็ว ระบบที่ทันสมัยการสร้างแบบจำลองวงจร ต้องคำนึงถึงปรากฏการณ์และแนวคิดเหล่านี้อยู่เสมอเมื่อดำเนินการ การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์.
ระบบการจำลองกำลังได้รับการปรับปรุงอย่างรวดเร็วและ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์องค์ประกอบของวงจรอิเล็กทรอนิกส์คำนึงถึงปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ "ละเอียดอ่อน" ที่สุดมากขึ้นเรื่อยๆ สิ่งนี้ทำให้ความรู้ที่ลึกซึ้งอย่างต่อเนื่องในสาขาที่อธิบายไว้เป็นที่ต้องการอย่างมาก และความเข้าใจในปรากฏการณ์ทางกายภาพขั้นพื้นฐาน ตลอดจนการใช้แนวคิดพื้นฐานที่เกี่ยวข้องเป็นสิ่งที่จำเป็น
คำอธิบายด้านล่างของปรากฏการณ์และแนวคิดหลักเหนือสิ่งอื่นใดควรเตรียมผู้อ่านสำหรับการศึกษาอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับประเด็นของการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของวงจรอิเล็กทรอนิกส์
ต้องทราบปรากฏการณ์และแนวคิดที่กล่าวถึงด้านล่างเมื่อศึกษาไม่เพียงแต่ไดโอดเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงอุปกรณ์อื่นๆ ด้วย
โครงสร้างของชุมทาง p-n
ก่อนอื่น มาดูชั้นเซมิคอนดักเตอร์ที่แยกออกจากกัน (รูปที่ 1.3) 
ให้เราพรรณนาแผนภาพวงดนตรีที่เกี่ยวข้อง (รูปที่ 1.4) 
ใน วรรณคดีรัสเซียในด้านอิเล็กทรอนิกส์ ระดับของแผนภาพแถบความถี่และความแตกต่างระหว่างระดับเหล่านี้มักมีลักษณะเฉพาะโดยศักย์และความต่างศักย์ โดยวัดเป็นโวลต์ เป็นต้น โดยระบุว่าช่องว่างของแถบ f 5 สำหรับซิลิคอนคือ 1.11 V
ในเวลาเดียวกัน ระบบการสร้างแบบจำลองวงจรต่างประเทศใช้แนวทางที่ระดับที่ระบุและความแตกต่างของระดับมีลักษณะเป็นพลังงานอย่างใดอย่างหนึ่งและวัดเป็นโวลต์อิเล็กตรอน (eV) ตัวอย่างเช่น เพื่อตอบสนองต่อคำขอจากระบบดังกล่าวเกี่ยวกับ bandgap ในกรณีของซิลิคอนไดโอด ค่า 1.11 eV
งานนี้ใช้แนวทางที่ใช้ในวรรณกรรมภายในประเทศ
พิจารณาชั้นสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์ (รูปที่ 1.5) 
ในการสัมผัสกับชั้นของเซมิคอนดักเตอร์ การแพร่กระจายของรูเกิดขึ้นจากชั้น p ไปยังชั้น n สาเหตุก็คือความเข้มข้นของพวกมันในชั้น p นั้นมากกว่าความเข้มข้นในชั้น n อย่างมีนัยสำคัญ (มีการไล่ระดับความเข้มข้นของรู) เหตุผลที่คล้ายกันทำให้แน่ใจได้ถึงการแพร่กระจายของอิเล็กตรอนจากชั้น n ไปยังชั้น p
การแพร่กระจายของรูจากชั้น p ไปยังชั้น n ประการแรก ลดความเข้มข้นของพวกมันในบริเวณขอบเขตของชั้น p และประการที่สอง ลดความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระในบริเวณขอบเขตของชั้น n เนื่องจากการรวมตัวกันอีกครั้ง การแพร่กระจายของอิเล็กตรอนจากชั้น n ไปยังชั้น p มีผลคล้ายกัน เป็นผลให้ในพื้นที่ขอบเขตของชั้น p และชั้น n สิ่งที่เรียกว่าชั้นพร่องปรากฏขึ้นซึ่งความเข้มข้นของพาหะประจุมือถือ (อิเล็กตรอนและรู) ต่ำ ชั้นพร่องก็มีขนาดใหญ่ ความต้านทาน.
ไอออนสิ่งเจือปนในชั้นพร่องไม่ได้รับการชดเชยด้วยรูหรืออิเล็กตรอน โดยรวมแล้ว ไอออนจะก่อให้เกิดประจุในอวกาศที่ไม่มีการชดเชย ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่มีความแรง E ดังแสดงในรูปที่ 1 1.5. ฟิลด์นี้ป้องกันการเปลี่ยนผ่านของรูจากชั้น p ไปเป็นชั้น n และการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนจากชั้น n ไปเป็นชั้น p มันสร้างสิ่งที่เรียกว่าการไหลแบบดริฟท์ของตัวพาประจุมือถือ โดยย้ายรูจากชั้น n ไปยังชั้น p และอิเล็กตรอนจากชั้น p ไปยังชั้น n
ในสภาวะคงตัว ฟลักซ์ดริฟท์จะเท่ากับฟลักซ์การแพร่ที่เกิดจากการไล่ระดับความเข้มข้น ในทางแยก pn แบบอสมมาตร ประจุในชั้นที่มีความเข้มข้นของสารเจือปนต่ำกว่า เช่น ที่ฐาน จะครอบคลุมมากกว่า
ให้เราพรรณนาแผนภาพวงดนตรีสำหรับการสัมผัสเลเยอร์ (รูปที่ 1.6) โดยคำนึงถึงระดับ Fermi สำหรับพวกมันเหมือนกัน 
การพิจารณาโครงสร้างของจุดเชื่อมต่อ pn และการศึกษาแผนภาพแถบความถี่ (รูปที่ 1.6) แสดงให้เห็นว่ามีสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นในบริเวณช่วงเปลี่ยนผ่าน สำหรับซิลิคอน ความสูงของ Af ของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นคือประมาณ 0.75 V
ให้เรายอมรับเงื่อนไขที่ว่าศักยภาพของบางจุดจะห่างไกลจากการเปลี่ยนแปลงในเลเยอร์ p เท่ากับศูนย์- เรามาพล็อตการพึ่งพาศักยภาพ Ф บนพิกัด x ของจุดที่สอดคล้องกัน (รูปที่ 1.7) ดังที่เห็นได้จากรูป ค่าพิกัด x = 0 สอดคล้องกับขอบเขตของชั้นเซมิคอนดักเตอร์ 
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าแผนภาพแบนด์ที่แสดงด้านบนและกราฟสำหรับศักยภาพ Ф (รูปที่ 1.7) สอดคล้องกับแนวทางที่ใช้ในวรรณกรรมเกี่ยวกับฟิสิกส์เซมิคอนดักเตอร์อย่างเคร่งครัด ตามศักยภาพที่กำหนดสำหรับอิเล็กตรอนที่มี ประจุลบ.
ในวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ หมายถึงงานที่ทำโดยกองกำลังภาคสนามเพื่อถ่ายโอนหน่วย ประจุบวก.
เรามาพล็อตการพึ่งพาศักย์ Fe ซึ่งกำหนดบนพื้นฐานของแนวทางวิศวกรรมไฟฟ้าบนพิกัด x (รูปที่ 1.8) 
ด้านล่าง เราจะละดัชนี “e” ในการกำหนดศักยภาพ และใช้เฉพาะแนวทางวิศวกรรมไฟฟ้าเท่านั้น (ยกเว้นแผนภาพโซน)
ตรงและย้อนกลับ เปิด p-n-การเปลี่ยนแปลง อุดมคติ คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ลักษณะการเปลี่ยนแปลง
มาเชื่อมต่อแหล่งภายนอกเข้ากับทางแยก p-n ดังแสดงในรูป 1.9. นี่คือสิ่งที่เรียกว่าการเชื่อมต่อโดยตรงของทางแยก p-n เป็นผลให้สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะลดลงตามค่า u (รูปที่ 1.10) ฟลักซ์ดริฟท์จะลดลงทางแยก p-n จะเข้าสู่สถานะไม่สมดุลและสิ่งที่เรียกว่ากระแสไปข้างหน้าจะไหลผ่าน 
มาเชื่อมต่อแหล่งที่มากับทางแยก p-n ดังแสดงในรูป 1.11. นี่คือสิ่งที่เรียกว่าการสลับย้อนกลับของทางแยก p-n ตอนนี้อุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นจะเพิ่มขึ้นตามคุณ (รูปที่ 1.12) ในกรณีที่อยู่ระหว่างการพิจารณาผ่านทางแยก pn จะมีขนาดเล็กมาก นี่คือสิ่งที่เรียกว่าการย้อนกลับซึ่งรับประกันโดยการสร้างความร้อนของอิเล็กตรอนและรูในพื้นที่ที่อยู่ติดกับบริเวณรอยต่อ pn 
อย่างไรก็ตาม ประจุในอวกาศจะสร้างสนามไฟฟ้า ซึ่งส่งผลกระทบที่สำคัญที่สุดต่อการเคลื่อนที่ของพาหะไฟฟ้าอิสระ กล่าวคือ กระบวนการไหลของกระแสไฟฟ้า
เมื่อค่าผกผันเพิ่มขึ้น พื้นที่ประจุอวกาศ (สาเหตุหลักมาจากฐาน) และปริมาณประจุในแต่ละชั้น (p และ n) ของเซมิคอนดักเตอร์จะเพิ่มขึ้น การเพิ่มขึ้นนี้เกิดขึ้นอย่างไม่เป็นสัดส่วน: ด้วยแรงดันย้อนกลับโมดูลัสขนาดใหญ่ ประจุจะเพิ่มขึ้นตามโมดูลัสที่เพิ่มขึ้นช้ากว่าแรงดันย้อนกลับโมดูลัสขนาดเล็ก
ให้เราให้ภาพประกอบอธิบาย (รูปที่ 1.19) โดยที่เราใช้สัญกรณ์:
Q คือประจุอวกาศในชั้น n ของเซมิคอนดักเตอร์
คุณ คือแรงดันไฟฟ้าภายนอกที่ใช้กับทางแยก p-n 
ให้เราแสดงด้วยฟังก์ชัน f ที่อธิบายการพึ่งพาของ Q บนคุณ ตามข้างต้น
ในการปฏิบัติการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ (และในการคำนวณด้วยตนเอง) จะสะดวกและเป็นธรรมเนียมที่จะไม่ใช้นิพจน์นี้ แต่เป็นอีกแบบหนึ่งที่ได้รับจากสิ่งนี้อันเป็นผลมาจากความแตกต่าง ในทางปฏิบัติสิ่งที่เรียกว่าความจุของสิ่งกีดขวาง C 6ap ของทางแยก p-n ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายและตามคำจำกัดความ C 6ap = | dQ/du | มาวาดกราฟสำหรับ Q (รูปที่ 1.20) และแถบ C (รูปที่ 1.21) กัน 
ปรากฏการณ์การเกิดขึ้นและการเปลี่ยนแปลงประจุอวกาศของตัวพาไฟฟ้าที่ไม่สมดุล ความสามารถในการแพร่กระจาย
ถ้า แหล่งภายนอกเลื่อนจุดเชื่อมต่อ p-n ไปในทิศทางไปข้างหน้า (u> 0) จากนั้นการฉีด (การปล่อยก๊าซ) จะเริ่มต้นขึ้น - การไหลของกระแสไฟฟ้าส่วนน้อยเข้าสู่ชั้นเซมิคอนดักเตอร์ที่กำลังพิจารณา ในกรณีของจุดเชื่อมต่อ pn แบบอสมมาตร (ซึ่งมักเกิดขึ้นในทางปฏิบัติ) บทบาทหลักจะเล่นโดยการฉีดจากตัวปล่อยไปยังฐาน
เรายังสันนิษฐานอีกว่าทางแยกนั้นไม่สมมาตรและตัวปล่อยคือเลเยอร์ p และฐานคือเลเยอร์ n จากนั้นการฉีดคือการเข้าไปในรูเข้าไปในชั้น n ผลที่ตามมาของการฉีดคือลักษณะของรูที่ฐานของประจุอวกาศ
เป็นที่ทราบกันดีว่าในเซมิคอนดักเตอร์จะเกิดปรากฏการณ์การผ่อนคลายด้วยอิเล็กทริก (การผ่อนคลายของแมกซ์เวลล์) ซึ่งประกอบด้วยความจริงที่ว่าประจุในพื้นที่ที่เกิดขึ้นนั้นได้รับการชดเชยเกือบจะในทันทีด้วยประจุของการเข้าใกล้พาหะอิสระของเครื่องหมายอื่น สิ่งนี้จะเกิดขึ้นในเวลาประมาณ 10 -12 วินาที หรือ 10 -11 วินาที
ด้วยเหตุนี้ประจุของรูที่เข้าสู่ฐานจะถูกทำให้เป็นกลางเกือบจะทันทีด้วยประจุอิเล็กตรอนเดียวกัน
เราใช้สัญกรณ์ต่อไปนี้:
Q คือประจุปริมาตรของตัวพาที่ไม่สมดุลในฐาน
คุณ คือแรงดันไฟฟ้าภายนอกที่ใช้กับทางแยก p-n
f เป็นฟังก์ชันที่อธิบายการพึ่งพาของ Q บน u
ให้ภาพประกอบอธิบาย (รูปที่ 1.22) 
ตามข้างต้น Q = f(u) ในทางปฏิบัติ มีความสะดวกและเป็นธรรมเนียมที่จะไม่ใช้นิพจน์นี้ แต่เป็นอีกแบบหนึ่งที่ได้รับจากสิ่งนี้อันเป็นผลมาจากความแตกต่าง ในกรณีนี้จะใช้แนวคิดของความจุการแพร่กระจาย C diff ของทางแยก p-n และตามคำจำกัดความ C diff = dQ / du ความจุเรียกว่าความจุการแพร่กระจายเนื่องจากประจุ Q ที่อยู่ระหว่างการพิจารณารองรับการแพร่กระจายของพาหะในฐาน
เป็นการสะดวกและเป็นธรรมเนียมที่จะอธิบายว่า Cdiff ไม่ใช่ฟังก์ชันของ u แต่เป็นฟังก์ชันของกระแส i ของจุดเชื่อมต่อ p-n
ประจุ Q นั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแส i (รูปที่ 1.23, a) ในทางกลับกัน ฉัน ขึ้นอยู่กับคุณแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล (นิพจน์ที่เกี่ยวข้องได้รับข้างต้น) ดังนั้นอนุพันธ์ di / du จึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสด้วย (สำหรับฟังก์ชันเอ็กซ์โพเนนเชียล อนุพันธ์ของมันจะยิ่งใหญ่ ยิ่งมีขนาดใหญ่ มีคุณค่ามากขึ้นฟังก์ชั่น) ตามมาว่าความจุ C diff เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแส i (รูปที่ 1.23.6):
Cdif=i·τ/φт โดยที่ φт - ศักย์อุณหภูมิ (กำหนดไว้ข้างต้น);
τ คือเวลาเฉลี่ยในการบิน (สำหรับฐานบาง) หรืออายุการใช้งาน (สำหรับฐานหนา)
เวลาเฉลี่ยของการบินคือเวลาที่ตัวพาไฟฟ้าที่ถูกฉีดผ่านฐาน และอายุการใช้งานคือเวลาตั้งแต่การฉีดตัวพาไฟฟ้าเข้าไปในฐานจนกระทั่งรวมตัวกันอีกครั้ง
ความจุรวมของทางแยก pn
ความจุ C ต่อนี้เท่ากับผลรวมของความจุที่พิจารณา เช่น C ต่อ = C bar + C diff
เมื่อทางแยกมีอคติย้อนกลับ (u< 0) диффузионная емкость практически равна нулю и поэтому учитывают барьерную емкость. При прямом смещении обычно С бар < С диф.
หน้าสัมผัสโลหะและเซมิคอนดักเตอร์แบบไม่แก้ไข
ในการเชื่อมต่อเทอร์มินัลภายนอกในไดโอด จะใช้สิ่งที่เรียกว่าหน้าสัมผัสเซมิคอนดักเตอร์โลหะแบบไม่แก้ไข (โอห์มมิก) สิ่งเหล่านี้คือหน้าสัมผัสที่ความต้านทานไม่ได้ขึ้นอยู่กับขั้วหรือขนาดของแรงดันไฟฟ้าภายนอก
การรับผู้ติดต่อที่ไม่แก้ไข - ไม่น้อย งานสำคัญกว่าจะได้ทางแยก p-n สำหรับอุปกรณ์ซิลิกอน อะลูมิเนียมมักถูกใช้เป็นโลหะหน้าสัมผัส คุณสมบัติของหน้าสัมผัสโลหะ-เซมิคอนดักเตอร์ถูกกำหนดโดยความแตกต่างในฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอน ฟังก์ชั่นการทำงานของอิเล็กตรอนจากของแข็งคือการเพิ่มพลังงานที่อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับเฟอร์มีต้องได้รับเพื่อออกจากร่างกายนี้
ให้เราแสดงฟังก์ชันการทำงานของโลหะด้วย A m และสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ด้วย A p เมื่อหารฟังก์ชันการทำงานด้วยประจุอิเล็กตรอน q เราจะได้ศักยภาพที่สอดคล้องกัน:
φ ม. =ก ม. /คิว,φ n =ก. /คิว
ให้เราแนะนำการพิจารณาสิ่งที่เรียกว่าความต่างศักย์หน้าสัมผัส φ นาที:φ นาที=φ ม. -φ น
หากต้องการเจาะจง ให้เรามาดูหน้าสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์โลหะชนิด n หากต้องการรับหน้าสัมผัสที่ไม่แก้ไข ต้องเป็นไปตามเงื่อนไข φ นาที< 0. Изобразим соответствующие зонные диаграммы для неконтактирующих металла и полупроводника (рис. 1.24). 
ดังแผนภาพแสดง ระดับพลังงานในเซมิคอนดักเตอร์ แถบการนำไฟฟ้าที่สอดคล้องกันจะถูกเติมให้น้อยกว่าในโลหะ ดังนั้นหลังจากเชื่อมต่อโลหะกับเซมิคอนดักเตอร์แล้ว อิเล็กตรอนบางตัวจะเคลื่อนที่จากโลหะไปยังเซมิคอนดักเตอร์ สิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n
ดังนั้นค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ในพื้นที่สัมผัสจะเพิ่มขึ้นและชั้นพาหะอิสระที่หมดลงจะหายไป ปรากฏการณ์ดังกล่าวกลายเป็นสาเหตุที่ทำให้การติดต่อไม่ได้รับการแก้ไข เพื่อให้ได้หน้าสัมผัสโลหะ-เซมิคอนดักเตอร์ชนิด p ที่ไม่แก้ไข ต้องเป็นไปตามเงื่อนไข φmp> 0
การสัมผัสกันของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n และ p สองตัวเรียกว่าชุมทาง p-n หรือชุมทาง n-p อันเป็นผลมาจากการสัมผัสระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ การแพร่กระจายจึงเริ่มขึ้น อิเล็กตรอนบางตัวไปที่รู และบางรูไปที่ด้านอิเล็กตรอน
เป็นผลให้เซมิคอนดักเตอร์ถูกชาร์จ: n-positive และ p-negative หลังจากที่สนามไฟฟ้าที่ปรากฏในบริเวณเปลี่ยนผ่านเริ่มรบกวนการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและรู การแพร่กระจายจะหยุดลง
เมื่อเชื่อมต่อ pn ในทิศทางไปข้างหน้า กระแสไฟฟ้าจะผ่านตัวมันเอง หากคุณเชื่อมต่อทางแยก pn ไปในทิศทางตรงกันข้ามก็จะไม่ผ่านกระแสไฟฟ้า
กราฟต่อไปนี้แสดงคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของการเชื่อมต่อไปข้างหน้าและย้อนกลับของจุดเชื่อมต่อ pn
การผลิตไดโอดสารกึ่งตัวนำ
เส้นทึบแสดงคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของการเชื่อมต่อโดยตรงของจุดเชื่อมต่อ pn และเส้นประแสดงการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับ
กราฟแสดงให้เห็นว่าจุดเชื่อมต่อ pn นั้นไม่สมมาตรเมื่อเทียบกับกระแส เนื่องจากในทิศทางไปข้างหน้า ความต้านทานของจุดเชื่อมต่อจะน้อยกว่าในทิศทางตรงกันข้ามมาก
คุณสมบัติทางแยก PN ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการแก้ไข กระแสไฟฟ้า- เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์จะถูกสร้างขึ้นโดยใช้จุดเชื่อมต่อ pn
โดยทั่วไปเจอร์เมเนียม ซิลิคอน ซีลีเนียม และสารอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งจะใช้ในการผลิตไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ มาดูกระบวนการสร้างจุดเชื่อมต่อ pn โดยใช้เจอร์เมเนียมที่มีค่าเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n กันดีกว่า
ไม่สามารถรับการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้โดยการเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์สองตัวทางกลไกที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้เพราะมันสร้างช่องว่างระหว่างเซมิคอนดักเตอร์มากเกินไป
และเราต้องการให้ความหนาของรอยต่อ pn ไม่เกินระยะห่างระหว่างอะตอม เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ อินเดียมจะถูกหลอมรวมเข้ากับพื้นผิวด้านใดด้านหนึ่งของตัวอย่าง
ในการสร้างไดโอดเซมิคอนดักเตอร์นั้น สารกึ่งตัวนำ p-doped ที่มีอะตอมอินเดียมจะถูกให้ความร้อน อุณหภูมิสูง- สารเจือปนชนิด n คู่จะสะสมอยู่บนพื้นผิวของคริสตัล นอกจากนี้เนื่องจากการแพร่กระจาย พวกมันจึงถูกนำเข้าไปในคริสตัลด้วยซ้ำ
บนพื้นผิวของผลึกที่มีค่าการนำไฟฟ้าประเภท p จะเกิดบริเวณที่มีความนำไฟฟ้าประเภท n รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นแผนผังว่าสิ่งนี้มีลักษณะอย่างไร
เพื่อป้องกันไม่ให้คริสตัลสัมผัสกับอากาศและแสง จึงถูกใส่ไว้ในกล่องโลหะที่ปิดสนิท บนพื้นฐาน ไดอะแกรมไฟฟ้าไดโอดจะถูกระบุด้วยไอคอนพิเศษต่อไปนี้
สารกึ่งตัวนำเรียงกระแสมีมาก ความน่าเชื่อถือสูงและอายุการใช้งานยาวนาน ข้อเสียเปรียบหลักคือสามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิเล็กน้อยเท่านั้น: ตั้งแต่ -70 ถึง 125 องศา
ไดโอดสารกึ่งตัวนำ
ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ - องค์ประกอบ วงจรไฟฟ้ามีขั้วต่อ 2 ขั้วและมีค่าการนำไฟฟ้าด้านเดียว ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: วงจรเรียงกระแสและพิเศษ ไดโอดเรียงกระแสตามชื่อหมายถึง ได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขกระแสสลับ ขึ้นอยู่กับความถี่และรูปแบบของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ พวกมันจะถูกแบ่งออกเป็นความถี่สูง ความถี่ต่ำ และพัลซิ่ง ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ชนิดพิเศษใช้คุณสมบัติต่างกัน พี-เอ็นการเปลี่ยนแปลง: ปรากฏการณ์พังทลาย, ความจุของสิ่งกีดขวาง, การมีอยู่ของพื้นที่ที่มีความต้านทานเชิงลบ ฯลฯ
ตามโครงสร้าง ไดโอดเรียงกระแสจะถูกแบ่งออกเป็นไดโอดระนาบและไดโอดจุด และตามเทคโนโลยีการผลิตเป็นโลหะผสม การแพร่กระจาย และ epitaxis ไดโอดระนาบเนื่องจากพื้นที่ขนาดใหญ่ พี-เอ็น-ทางแยกใช้ในการแก้ไขกระแสขนาดใหญ่ ไดโอดแบบพอยต์มีพื้นที่การเปลี่ยนผ่านเล็กน้อย ดังนั้นจึงได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขกระแสขนาดเล็ก ในการเพิ่มแรงดันพังทลายของหิมะถล่ม จะใช้คอลัมน์เรียงกระแส ซึ่งประกอบด้วยชุดไดโอดที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม
ไดโอดเรียงกระแสกำลังสูงเรียกว่าพาวเวอร์ไดโอด วัสดุสำหรับไดโอดดังกล่าวมักจะเป็นซิลิคอนหรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ เจอร์เมเนียมไม่ได้ถูกนำมาใช้จริงเนื่องจากการพึ่งพาอุณหภูมิที่รุนแรงของกระแสย้อนกลับ ไดโอดซิลิคอนอัลลอยด์ใช้ในการแก้ไขกระแสสลับสูงถึง 5 kHz ไดโอดกระจายซิลิคอนสามารถทำงานที่ความถี่สูงถึง 100 kHz ไดโอดซิลิคอนอีปิเทกเซียลที่มีซับสเตรตโลหะ (พร้อมตัวกั้นชอตกี) สามารถใช้ที่ความถี่สูงถึง 500 kHz ไดโอดแกลเลียมอาร์เซไนด์สามารถทำงานได้ในช่วงความถี่สูงถึงหลาย MHz
ไดโอดทำงานโดยใช้จุดเชื่อมต่อหลุมอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นชั้นวัสดุบางๆ ที่อยู่ระหว่างสองบริเวณ ประเภทต่างๆการนำไฟฟ้า - nและ พี- คุณสมบัติหลักของการเปลี่ยนแปลงนี้คือการนำไฟฟ้าแบบอสมมาตร ซึ่งคริสตัลจะไหลผ่านกระแสในทิศทางเดียวและไม่ผ่านไปอีกทางหนึ่ง อุปกรณ์ของการเปลี่ยนผ่านหลุมอิเล็กตรอนแสดงในรูปที่ 1.1, ก. ส่วนหนึ่งถูกเจือด้วยสิ่งเจือปนของผู้บริจาคและมีค่าการนำไฟฟ้า ( n-ภูมิภาค); ส่วนอีกอันเจือด้วยสารเจือปนของตัวรับ มีค่าการนำไฟฟ้าของรู ( พี-ภูมิภาค). ความเข้มข้นของพาหะในภูมิภาคแตกต่างกันอย่างมาก นอกจากนี้ยังมีผู้ให้บริการรายย่อยอยู่กระจุกตัวเล็กน้อยในทั้งสองส่วน
รูปที่.1.1. พี-เอ็นการเปลี่ยนแปลง:
a – อุปกรณ์, b – ประจุปริมาตร
อิเล็กตรอนเข้า n-พื้นที่มีแนวโน้มที่จะทะลุเข้าไป พี-บริเวณที่ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนต่ำกว่ามาก ในทำนองเดียวกันหลุมจาก พี-พื้นที่ถูกย้ายไปยัง n-ภูมิภาค. อันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่สวนทางของประจุตรงข้าม ทำให้เกิดกระแสการแพร่กระจายที่เรียกว่า อิเล็กตรอนและรูที่ข้ามส่วนต่อประสานจะทิ้งประจุตรงข้ามไว้เบื้องหลังซึ่งป้องกันไม่ให้กระแสการแพร่กระจายผ่านไปอีก เป็นผลให้เกิดความสมดุลแบบไดนามิกที่ขอบเขตและเมื่อปิด พี- และ n- บริเวณที่ไม่มีกระแสไหลในวงจร การกระจายความหนาแน่น ประจุปริมาตรในการเปลี่ยนแปลงจะแสดงในรูปที่ 1.1, b. ในกรณีนี้ ภายในคริสตัล ที่อินเทอร์เฟซ จะมีสนามไฟฟ้า Ein เกิดขึ้นเอง ทิศทางที่แสดงในรูปที่ 1.1 ก. ความเข้มของมันจะสูงสุดที่ส่วนต่อประสานซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในเครื่องหมายของประจุอวกาศ จากนั้นสารกึ่งตัวนำก็จะเป็นกลาง
ความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นคือ พี-เอ็นการเปลี่ยนแปลงถูกกำหนดโดยความต่างศักย์สัมผัส n- และ พี-พื้นที่ซึ่งในทางกลับกันก็ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสิ่งสกปรกในนั้น:
, (1.1)
ศักย์ความร้อนอยู่ที่ไหน เลขที่และ ป.ล– ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนและรูใน n- และ พี-ภูมิภาค ฉัน– ความเข้มข้นของตัวพาประจุในเซมิคอนดักเตอร์แบบไม่มีพันธะ
ความต่างศักย์หน้าสัมผัสของเจอร์เมเนียมคือ 0.6...0.7V และสำหรับซิลิคอน - 0.9...1.2V ความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้แรงดันไฟฟ้าภายนอก พี-เอ็นการเปลี่ยนแปลง หากสนามแรงดันไฟฟ้าภายนอกเกิดขึ้นพร้อมกับสนามภายในความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะเพิ่มขึ้น เมื่อแรงดันไฟฟ้ากลับขั้ว ความสูงของแผงกั้นจะลดลง หากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เท่ากับความต่างศักย์หน้าสัมผัส สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะหายไปอย่างสมบูรณ์
ดังนั้น หากแรงดันไฟฟ้าภายนอกลดสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น จะเรียกว่าโดยตรง และหากเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจะเรียกว่าย้อนกลับ
สัญลักษณ์และคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน (คุณลักษณะโวลต์-แอมแปร์) ของไดโอดในอุดมคติจะแสดงในรูปที่ 1.2
เทอร์มินัลที่ต้องใช้ศักย์ไฟฟ้าเชิงบวกเรียกว่าขั้วบวก เทอร์มินัลที่มีศักยภาพเป็นลบเรียกว่าแคโทด (รูปที่ 1.2, a) ไดโอดในอุดมคติในทิศทางการนำไฟฟ้าจะมีความต้านทานเป็นศูนย์ ในทิศทางที่ไม่นำไฟฟ้าจะมีความต้านทานขนาดใหญ่อย่างไม่สิ้นสุด (รูปที่ 1.2, b)
มะเดื่อ 1.2 สัญลักษณ์ (ก) และลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน
คุณลักษณะของไดโอดในอุดมคติ (b)
ในสารกึ่งตัวนำ ร-พิมพ์พาหะหลักเป็นรู ค่าการนำไฟฟ้าของรูถูกสร้างขึ้นโดยการแนะนำอะตอมเจือปนของตัวรับ ความจุของพวกมันน้อยกว่าอะตอมของเซมิคอนดักเตอร์หนึ่งอัน ในกรณีนี้อะตอมที่ไม่บริสุทธิ์จะจับอิเล็กตรอนของเซมิคอนดักเตอร์และสร้างรู - พาหะประจุมือถือ
ในสารกึ่งตัวนำ n-พิมพ์พาหะหลักคืออิเล็กตรอน การนำไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยการแนะนำอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ของผู้บริจาค ความจุของพวกมันมากกว่าอะตอมของเซมิคอนดักเตอร์หนึ่งเท่า การขึ้นรูป พันธะโควาเลนต์สำหรับอะตอมเซมิคอนดักเตอร์ อะตอมเจือปนไม่ได้ใช้อิเล็กตรอน 1 ตัวซึ่งจะเป็นอิสระ อะตอมเองก็กลายเป็นไอออนบวกที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้
หากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อกับขั้วภายนอกของไดโอดในทิศทางไปข้างหน้า แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้านี้จะถูกสร้างขึ้น ร-nการเปลี่ยนแปลง สนามไฟฟ้ามุ่งตรงไปยังสนามไฟฟ้าภายใน ฟิลด์ผลลัพธ์จะลดลง ในกรณีนี้จะเริ่มกระบวนการแพร่เชื้อ กระแสตรงจะไหลในวงจรไดโอด ยังไง ค่าที่มากขึ้นแรงดันไฟฟ้าภายนอก ยิ่งสนามภายในเล็กลง ชั้นการปิดกั้นก็จะยิ่งแคบลง กระแสไฟฟ้าข้างหน้าก็จะยิ่งมากขึ้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าภายนอกเพิ่มขึ้น กระแสไปข้างหน้าจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ (รูปที่ 1.3) เมื่อถึงแรงดันไฟฟ้าภายนอกที่กำหนด ความกว้างของชั้นกั้นจะลดลงเหลือศูนย์ กระแสไฟตรงจะถูกจำกัดด้วยความต้านทานปริมาตรเท่านั้น และจะเพิ่มขึ้นเชิงเส้นตามแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น
รูปที่.1.3. คุณลักษณะ I-V ของไดโอดจริง
ในกรณีนี้ แรงดันตกคร่อมไดโอดคือแรงดันตกคร่อมโดยตรง มูลค่าของมันน้อยและขึ้นอยู่กับวัสดุ:
เจอร์เมเนียม จีอี: คุณปร= (0.3 - 0.4) โวลต์;
ซิลิคอน ศรี: คุณปร=(0.6 - 1) โวลต์
หากคุณเปลี่ยนขั้วของแรงดันไฟฟ้าภายนอกสนามไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดนี้จะตรงกับสนามไฟฟ้าภายใน สนามผลลัพธ์จะเพิ่มขึ้น ความกว้างของเลเยอร์การบล็อกจะเพิ่มขึ้น และกระแสจะเพิ่มขึ้น ตามหลักการแล้วจะไม่ไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม แต่เนื่องจากเซมิคอนดักเตอร์ไม่เหมาะและนอกเหนือจากผู้ให้บริการมือถือหลักแล้ว ยังมีผู้ให้บริการรายย่อยจำนวนเล็กน้อยด้วยเหตุนี้จึงเกิดกระแสย้อนกลับ ค่าของมันขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของพาหะรายย่อย และมักจะอยู่ในช่วงตั้งแต่หน่วยไปจนถึงสิบไมโครแอมแปร์
ความเข้มข้นของพาหะรายย่อยน้อยกว่าความเข้มข้นของพาหะส่วนใหญ่ ดังนั้นกระแสย้อนกลับจึงมีน้อย ขนาดของกระแสนี้ไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของแรงดันย้อนกลับ ซิลิคอนมีกระแสย้อนกลับที่มีขนาดน้อยกว่าเจอร์เมเนียมหลายลำดับ แต่ไดโอดซิลิคอนมีแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าที่สูงกว่า ความเข้มข้นของพาหะรายย่อยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและเมื่อมันเพิ่มขึ้น กระแสย้อนกลับจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงเรียกว่ากระแสความร้อน I o:
ฉัน o (T)=ฉัน o (T o)e D T,
DT=T-T o ; และ Ge = 0.09k -1; และศรี =0.13k -1; ฉัน oGe >>ฉัน oSi .
มีสูตรประมาณว่า
ฉัน o (T)=ฉัน o (T o)2 ต * ,
ที่ไหน ต *- การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิซึ่งสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า กระแสความร้อน,
ที*เก=8...10 o C; ต*ศรี=6 o ซี
การแสดงออกเชิงวิเคราะห์สำหรับลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟ ร-พีการเปลี่ยนแปลงมีรูปแบบ:
,
(1.2)
ที่ไหน คุณ- แรงดันไฟฟ้าภายนอกที่ใช้
สำหรับอุณหภูมิ 20 o C φ เสื้อ = 0.025V.
ด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของกระแสความร้อนและการลดลงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น, ความต้านทานของชั้นเซมิคอนดักเตอร์ลดลง, สาขาตรงของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันจะเปลี่ยนไปยังบริเวณที่มีกระแสสูง ความต้านทานปริมาตรของเซมิคอนดักเตอร์ลดลง nและ ร- ส่งผลให้แรงดันไฟตกข้างหน้าลดลง ด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากความแตกต่างระหว่างความเข้มข้นของพาหะหลักและพาหะส่วนน้อยลดลง สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นของชั้นสิ่งกีดขวางจะลดลง ซึ่งจะนำไปสู่การลดลงด้วย คุณปรเพราะชั้นกั้นจะหายไปเมื่อแรงดันไฟต่ำลง
แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าที่แตกต่างกันจะสอดคล้องกับกระแสเดียวกัน (รูปที่ 1.4) ซึ่งสร้างความแตกต่าง DU
ที่ไหน จ- ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแรงดันไฟฟ้า
ถ้ากระแสที่ไหลผ่านไดโอดคงที่ แรงดันตกคร่อมไดโอดจะลดลง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นหนึ่งองศา แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าจะลดลง 2 mV
ข้าว. 1.4. ซีวีซี ร-พีการเปลี่ยนแปลงที่รูป 1.5. CVC ของเจอร์เมเนียมและ
อุณหภูมิต่างๆ ของซิลิคอนไดโอด
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ลักษณะย้อนกลับของลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันจะเลื่อนลง (รูปที่ 1.4) ช่วงอุณหภูมิการทำงานของไดโอดเจอร์เมเนียมคือ 80 o C สำหรับไดโอดซิลิคอน 150 o C
ลักษณะแรงดันกระแสของเจอร์เมเนียมและไดโอดซิลิคอนแสดงในรูปที่ 1.5
ความต้านทานที่แตกต่างกัน ร-พีการเปลี่ยนแปลง (รูปที่ 1.6):
(1.3)
ด้วยมูลค่าปัจจุบันที่เพิ่มขึ้น ร ดี- ลดลง
มะเดื่อ 1.6 คำจำกัดความของส่วนต่าง
ความต้านทานของไดโอด
ความต้านทาน ดี.ซี ร-พีการเปลี่ยนแปลง: .
ความต้านทานกระแสตรงมีลักษณะเป็นค่าสัมประสิทธิ์ความชันของเส้นตรงที่ลากจากจุดกำเนิดถึง จุดนี้- ความต้านทานยังขึ้นอยู่กับค่าปัจจุบันด้วย เมื่อฉันเพิ่มขึ้น ความต้านทานจะลดลง - อาร์ จี< R Si .
คุณลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ค่อนข้างแตกต่างจากลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดในอุดมคติ ดังนั้น เนื่องจากกระแสรั่วไหลไปตามพื้นผิวของคริสตัล กระแสย้อนกลับที่แท้จริงจะมีค่ามากกว่ากระแสความร้อน ดังนั้นความต้านทานย้อนกลับของไดโอดจริงจึงน้อยกว่าความต้านทานในอุดมคติ ร-พีการเปลี่ยนแปลง
แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้ามากกว่าอุดมคติ ร-พีการเปลี่ยนแปลง สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมชั้นเซมิคอนดักเตอร์ รและ nพิมพ์. นอกจากนี้ไดโอดจริงยังมีชั้นใดชั้นหนึ่ง รหรือ nมีความเข้มข้นของพาหะหลักมากกว่าตัวอื่น เลเยอร์ด้วย ความเข้มข้นสูงพาหะหลักเรียกว่าตัวปล่อยและมีความต้านทานน้อย ชั้นที่มีความเข้มข้นของตัวพาหลักต่ำกว่าเรียกว่าชั้นฐาน มีแนวต้านค่อนข้างมาก
การเพิ่มขึ้นของแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าเกิดขึ้นเนื่องจากแรงดันตกคร่อมความต้านทานฐาน
ในการคำนวณวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีไดโอดเซมิคอนดักเตอร์จำเป็นต้องแสดงวงจรเหล่านั้นในรูปแบบของวงจรที่เทียบเท่ากัน วงจรสมมูลของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการประมาณเชิงเส้นเป็นเส้นตรงของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันจะแสดงในรูปที่ 1.7 รูปที่ 1.8 แสดงวงจรสมมูลโดยใช้คุณลักษณะ I-V ของไดโอดในอุดมคติและคุณลักษณะ I-V ของอุดมคติ พี-เอ็นการเปลี่ยนแปลง ( ร ดี- ความต้านทานของไดโอด ใช่แล้ว– ความต้านทานการรั่วไหลของไดโอด)
รูปที่ 1.7. การประมาณลักษณะเฉพาะของกระแส-แรงดันของไดโอด
ส่วนเชิงเส้น
รูปที่.1.8. การเปลี่ยนไดโอดโดยใช้ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน
ไดโอดในอุดมคติ (a) และคุณลักษณะ IV ในอุดมคติ พี-เอ็นการเปลี่ยนแปลง (ข)
การทำงานของไดโอดในวงจรที่มีโหลดลองพิจารณาดู ห่วงโซ่ที่ง่ายที่สุดด้วยไดโอดและตัวต้านทานและการกระทำที่อินพุตของแรงดันไฟฟ้าขั้วตรงข้าม (รูปที่ 1.9) รูปแบบของการกระจายแรงดันไฟฟ้าบนองค์ประกอบของวงจรถูกกำหนดโดยตำแหน่งของเส้นโหลด (รูปที่ 1.10) - บนกราฟของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอดตามแนวแกนแรงดันไฟฟ้าจะมีการวางแผนจุดสองจุดในทั้งสองทิศทางโดยกำหนด +คุณ มและ –คุณ มแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายซึ่งสอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมไดโอดที่มีโหลดลัดวงจร รและกระแสสะสมบนแกนกระแสทั้งสองทิศทาง คุณ ม/รและ - อืม / รซึ่งสอดคล้องกับไดโอดที่ลัดวงจร ทั้งสองจุดนี้เชื่อมต่อกันเป็นคู่ด้วยเส้นตรงซึ่งเรียกว่าเส้นรับน้ำหนัก ทางแยกเส้นโหลด รในจตุภาคที่หนึ่งและสามที่มีกิ่งก้าน
ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอดสำหรับแต่ละเฟสของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายนั้นสอดคล้องกัน
ข้าว. 1.9. วงจรที่มีไดโอดและรูป 1.10. คุณลักษณะ I-V ของไดโอดที่มีโหลด
โหลดโดยตรง
กระแสเท่ากัน (ซึ่งจำเป็นเมื่อเชื่อมต่อเป็นอนุกรม) และกำหนดตำแหน่งของจุดปฏิบัติการ
ครึ่งคลื่นบวก U>0, U=U ม.
ขั้วนี้ตรงสำหรับไดโอด กระแสและแรงดันไฟฟ้าจะเป็นไปตามลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันเสมอ:
,
นอกจาก:
คุณ d =U ม - ฉัน d R H;
ที่ ฉัน d =0, U d =U ม;
ที่ U d =0, ฉัน d =U m /R H;
ด้วยการเชื่อมต่อโดยตรง คุณ >>คุณราคา(รูปที่ 1.10)
ที่ การประยุกต์ใช้จริง คุณปร>0 (คุณปร- แรงดันไปข้างหน้า) เมื่อไดโอดเปิด เมื่อไดโอดทำงานในทิศทางไปข้างหน้า แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมจะมีน้อยที่สุด - ( จีอี-0.4 โวลต์; ศรี-0.7 V) และถือว่ามีค่าประมาณศูนย์ กระแสไฟฟ้าจะสูงสุด
รูปที่ 1.11. สัญญาณแรงดันและกระแสในวงจรไดโอดที่มีโหลด
.
ครึ่งคลื่นลบ คุณ<0, U= -U m .
ลักษณะไดโอดจะเหมือนกันแต่
U d = -U m -I d R H,;
ฉัน d =0, U d =U ม;
U d =0, ฉัน d =U ม /RH ; ยูเอช<
ความจุ ร-พีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเปิดเครื่องแล้ว ร-พีการเปลี่ยนผ่านในทิศทางตรงกันข้าม เช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าขนาดเล็กในภูมิภาค ร-พีการเปลี่ยนแปลง มีชั้นไฟฟ้าสองชั้น: ใน รพื้นที่ - ลบใน nพื้นที่ - บวก
การสะสมประจุที่ไม่ได้รับการชดเชยในชั้นนี้ทำให้เกิดความจุ ร-พีการเปลี่ยนแปลงซึ่งเรียกว่าความจุของสิ่งกีดขวาง เป็นลักษณะการเปลี่ยนแปลงของประจุสะสมเมื่อแรงดันไฟฟ้าภายนอกเปลี่ยนแปลงตามรูปที่ 1.12 ค ข =dQ/dU .
ข้าว. 1.12. การขึ้นอยู่กับความจุของสิ่งกีดขวาง
จากแรงดันย้อนกลับ
ความจุของสิ่งกีดขวางขึ้นอยู่กับมิติทางเรขาคณิต ร-พีการเปลี่ยนแปลง ด้วยการเพิ่มขึ้น คุณครับความกว้าง ร-พีการเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นและความจุลดลง
เมื่อเปิดไดโอดในทิศทางไปข้างหน้า ความจุของสิ่งกีดขวางจะหายไปในทางปฏิบัติ และพาหะส่วนน้อยที่ถ่ายโอนจากตัวปล่อยจะสะสมอยู่ในชั้นฐานของไดโอด การสะสมประจุนี้ยังสร้างเอฟเฟกต์ความจุ ซึ่งเรียกว่าความจุการแพร่กระจาย ส ดีมักจะเกิน ซีบี.
กำหนดความสามารถในการแพร่กระจาย ค ง = dQ d / dU.
ความจุเหล่านี้ส่งผลต่อเมื่อไดโอดทำงานที่ความถี่สูง ความจุ ร-พีการเปลี่ยนภาพจะรวมอยู่ในวงจรสมมูล (รูปที่ 1.13)
ข้าว. 1.13. วงจรเทียบเท่าไดโอดโดยคำนึงถึงความจุ:
ก – ความจุของสิ่งกีดขวาง; b คือความสามารถในการแพร่กระจาย
กระบวนการชั่วคราวในไดโอดเมื่อไดโอดทำงานกับสัญญาณความถี่สูง (1-10 MHz) กระบวนการเปลี่ยนจากสถานะไม่นำไฟฟ้าไปเป็นสถานะนำไฟฟ้าและในทางกลับกันจะไม่เกิดขึ้นทันทีเนื่องจากการมีความจุในการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการสะสม ประจุที่ฐานของไดโอด
รูปที่ 1.14 แสดงแผนภาพเวลาของการเปลี่ยนแปลงของกระแสผ่านไดโอดและโหลดระหว่างพัลส์สี่เหลี่ยมของแรงดันไฟฟ้า ความจุไฟฟ้าในวงจรไดโอดจะบิดเบือนขอบนำหน้าและท้ายของพัลส์ ทำให้เกิดลักษณะของเวลาการดูดซับ ทีพี.
เมื่อเลือกไดโอดสำหรับวงจรเฉพาะ จะต้องคำนึงถึงคุณสมบัติความถี่และประสิทธิภาพของมันด้วย
ข้าว. 1.14. กระบวนการชั่วคราวที่
สวิตช์ไดโอด:
ที f1- ระยะเวลาของขอบนำของการเปลี่ยนแปลง
เสื้อ f2- ระยะเวลาของขอบท้าย;
ทีพี- เวลาในการดูดซับ
พังทลาย ร-พีการเปลี่ยนแปลงแรงดันย้อนกลับของไดโอดไม่สามารถเพิ่มเป็นค่าใดๆ ได้ ที่แรงดันย้อนกลับที่แน่นอนลักษณะของไดโอดแต่ละประเภทจะเกิดกระแสย้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ผลกระทบนี้เรียกว่าการแยกย่อยการเปลี่ยนแปลง การแยกย่อยมีหลายประเภท (รูปที่ 1.15):
1- การพังทลายของหิมะถล่มเมื่อกระแสย้อนกลับเพิ่มขึ้นเนื่องจากการคูณหิมะถล่มของผู้ให้บริการที่ไม่ใช่ส่วนใหญ่
ข้าว. 1.15. ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันสำหรับการพังทลายประเภทต่างๆ
การพังทลายของอุโมงค์ 2 แห่ง เมื่อเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นและชั้นการปิดกั้นเกิดขึ้นเนื่องจากผลกระทบของอุโมงค์
ในระหว่างเหตุหิมะถล่มและอุโมงค์พัง กระแสย้อนกลับจะเพิ่มขึ้นที่แรงดันย้อนกลับคงที่
สิ่งเหล่านี้คือไฟฟ้าขัดข้อง พวกมันสามารถย้อนกลับได้ หลังจากถอดออกแล้ว คุณครับไดโอดจะคืนคุณสมบัติของมัน
3- การสลายความร้อนเกิดขึ้นเมื่อปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมา ร-พีการเปลี่ยนแปลง พื้นผิวของไดโอดจะปล่อยความร้อนมากขึ้นสู่สิ่งแวดล้อม อีกทั้งด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ร-พีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของพาหะรายย่อยเพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นมากขึ้นในกระแสย้อนกลับซึ่งในทางกลับกันจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ฯลฯ เนื่องจากสำหรับไดโอดที่ทำขึ้นจากเจอร์เมเนียม ฉันถึงแล้วมากกว่าไดโอดที่ใช้ซิลิคอนดังนั้นสำหรับแบบแรกความน่าจะเป็นที่จะเกิดการสลายเนื่องจากความร้อนจะสูงกว่าแบบหลัง ดังนั้น อุณหภูมิการทำงานสูงสุดสำหรับไดโอดซิลิคอนจึงสูงกว่า (150 o...200 o C) มากกว่าสำหรับไดโอดเจอร์เมเนียม (75 o...90 o C)
ในกรณีนี้การพังทลาย ร-พีการเปลี่ยนแปลงถูกทำลาย
คำถามทดสอบ
1. ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร? ลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดในอุดมคติและของจริง?
2. วัสดุอะไรที่ใช้ทำไดโอดเซมิคอนดักเตอร์? จะสร้างบริเวณของค่าการนำไฟฟ้าประเภทใดประเภทหนึ่งในสารตั้งต้นเซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างไร?
3. สนามไฟฟ้าในตัวในคริสตัลที่ขอบคืออะไร พี-เอ็น-การเปลี่ยนแปลง? เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าภายนอกจะเปลี่ยนไปอย่างไร?
4. อะไรอธิบายผลของการนำทางเดียว พี-เอ็น-การเปลี่ยนแปลงในเซมิคอนดักเตอร์?
5. ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน พี-เอ็น- การเปลี่ยนผ่านของเจอร์เมเนียมและซิลิคอนไดโอดเมื่ออุณหภูมิภายนอกเปลี่ยนแปลง?
6. ความต้านทานดิฟเฟอเรนเชียลของไดโอดถูกกำหนดอย่างไร?
7. คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของไดโอดที่มีเส้นโหลดถูกสร้างขึ้นอย่างไร?
8. อธิบายกลไกการก่อตัวของสิ่งกีดขวางและความจุการแพร่กระจายของไดโอด? ส่งผลต่อการทำงานของไดโอดในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับอย่างไร?
การบรรยายครั้งที่ 2 ชนิดพิเศษ
ปัจจุบันมีการใช้วิธีการหลักสามกลุ่มเพื่อสร้างรอยต่อในแกลเลียมอาร์เซไนด์: การแพร่ การ epitaxy ของเฟสก๊าซ และ epitaxy ของเฟสของเหลว วิธีการฟิวชันซึ่งก่อนหน้านี้ใช้ในเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ ไม่ได้ใช้ในเทคโนโลยี PCB อีกต่อไป เนื่องจากไม่ได้สร้างรอยต่อรูอิเล็กตรอนที่แกะสลักและแบน จึงไม่เหมาะสำหรับการผลิตเลเซอร์ไดโอด ดังนั้นปัจจุบันวิธีการหลักในการผลิตไดโอด PCG คือวิธีการแพร่กระจายและวิธี epitaxy
8.3.1. วิธีการแพร่กระจาย
ทฤษฎีการแพร่กระจายมีพื้นฐานอยู่บนสมมติฐานที่ว่าอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ไม่มีอันตรกิริยาต่อกันในระหว่างกระบวนการแพร่ และอัตราการแพร่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของพวกมัน จากสมมติฐานนี้ จะได้สมการพื้นฐานของการแพร่ - กฎของฟิค - กฎข้อแรกของ Fick กำหนดฟลักซ์การแพร่เป็นปริมาณตามสัดส่วนกับการไล่ระดับความเข้มข้น (ภายใต้สภาวะอุณหภูมิคงที่ที่มีการแพร่แบบหนึ่งมิติ)
ความเข้มข้นของอะตอมที่กระจายอยู่ที่ไหน x - พิกัดระยะทาง ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจาย
กฎข้อที่สองของฟิคกำหนดอัตราการแพร่
ตามกฎหมายเหล่านี้ จึงสามารถค้นหาการกระจายตัวของความเข้มข้นของสารเจือปนในตัวอย่างที่จำกัดจำนวนได้ ในกรณีที่ความเข้มข้นเริ่มต้นในปริมาตรผลึกใกล้กับศูนย์ และความเข้มข้นของพื้นผิวคงที่และคงที่ ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนหลังจากเวลา x ที่ความลึก x จะเท่ากับ
หากการแพร่กระจายเกิดขึ้นจากชั้นบาง ๆ ที่มีความเข้มข้นของสารเจือปนหนาต่อหน่วย
พื้นผิว จากนั้นการกระจายตัวของสิ่งเจือปนจะแสดงเป็นสมการ
การกำหนดโปรไฟล์ความเข้มข้นของการกระจายตัวของสิ่งเจือปนในตัวอย่างทำได้โดยวิธีการติดตามกัมมันตภาพรังสีหรือโดยวิธีการสอบสวนในการวัด "การแพร่กระจายของความต้านทาน" ตามส่วนเฉียงของตัวอย่าง
การพึ่งพาค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ต่ออุณหภูมิมีรูปแบบ
อย่างไรก็ตาม การพึ่งพานี้ไม่ได้คงอยู่ในเซมิคอนดักเตอร์แบบไบนารีเสมอไปเนื่องจากการเบี่ยงเบนจากกฎของ Fick เนื่องจากสิ่งเจือปนมีปฏิกิริยากับส่วนประกอบตัวใดตัวหนึ่งของสารประกอบหรือตำแหน่งว่างที่เกิดขึ้นเนื่องจากการระเหยของส่วนประกอบที่ระเหยได้ในระหว่างการแยกตัวของสารประกอบ บางครั้งอันเป็นผลมาจากอันตรกิริยาของสิ่งเจือปนกับส่วนประกอบของสารประกอบ ทำให้เกิดสารประกอบใหม่ที่มีความเสถียรมากกว่าเซมิคอนดักเตอร์ไบนารีดั้งเดิม ในสารประกอบประเภทนี้ การแพร่กระจายเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอะตอมไปตามตำแหน่งซับแลตติซขององค์ประกอบของกลุ่ม III และ V พลังงานกระตุ้นของการแพร่กระจายขึ้นอยู่กับชนิดของซับแลตทิซซึ่งมีการแพร่กระจายของโหนด อย่างไรก็ตาม กลไกนี้ไม่ใช่กลไกเดียวเท่านั้น ตัวอย่างเช่น การแพร่กระจายของสิ่งเจือปนไปตามจุดคั่นเป็นไปได้ มีการกล่าวถึงการแพร่กระจายของสิ่งเจือปนต่างๆ ลงในเซมิคอนดักเตอร์แบบไบนารีในการทบทวน ข้อมูลการแพร่กระจายของสิ่งเจือปนเข้าสู่แกลเลียมอาร์เซไนด์แสดงไว้ในตาราง 8.3.
การประดิษฐ์รอยต่อโดยวิธีการแพร่กระจายสามารถทำได้โดยการแพร่กระจายของผู้ให้ทั้งสองเข้าไปใน -ประเภทแกลเลียมอาร์เซไนด์และตัวรับเข้าไปในวัสดุ -ประเภท เนื่องจากการแพร่กระจายของผู้บริจาคเกิดขึ้นช้ามาก การแพร่กระจายของตัวรับจึงมักเกิดขึ้น สารเจือปนเจือปนที่พบบ่อยที่สุดที่ใช้สำหรับการผลิตการฉีดคือตัวรับ - สังกะสีและผู้ให้ - เทลลูเรียม อุตสาหกรรมผลิตผลึกเดี่ยวแกลเลียมอาร์เซไนด์สำหรับการผลิต PKG ซึ่งเจือด้วยเทลลูเรียมจนถึงความเข้มข้นของสิ่งเหล่านี้
(คลิกเพื่อดูภาพสแกน)
ความเข้มข้นดังที่แสดงไว้ข้างต้นมีความเหมาะสมที่สุด จุดเชื่อมต่อรูอิเล็กตรอนในแผ่นที่ถูกตัดจากผลึกเดี่ยวเหล่านี้เกิดจากการแพร่ของสังกะสี ซึ่งทำให้สามารถสร้างจุดเชื่อมต่อที่ระดับความลึกที่ต้องการได้อย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิไม่สูงเกินไป
แผ่นแกลเลียมอาร์เซไนด์ที่มาถึงเพื่อการแพร่กระจายจะต้องเตรียมเป็นพิเศษ ประการแรก ระนาบที่มีดัชนี (100) จะถูกระบุในคริสตัลโดยใช้รังสีเอกซ์ จากนั้นคริสตัลจะถูกตัดเป็นแผ่นเวเฟอร์ขนานกับระนาบผลึกศาสตร์นี้ การเลือกเครื่องบินจะขึ้นอยู่กับการพิจารณาดังต่อไปนี้ ผลึกของสารประกอบจะแตกออกอย่างง่ายดายตามระนาบ (110) ในโครงสร้างลูกบาศก์ของสฟาเลอไรต์ ซึ่งเป็นลักษณะของสารประกอบเหล่านี้ มีระนาบสามระนาบ (110) ตั้งฉากกับระนาบ (111) และสองระนาบตั้งฉาก (100) หากเลือกระนาบ (111) จะสามารถผลิตไดโอด PKG แบบสามเหลี่ยมได้
ไดโอดที่มีตัวสะท้อนเสียง Fabry-Perot ทั่วไปนั้นสร้างได้ง่ายจากแผ่นที่ตัดขนานกับระนาบ (100) โดยการตัดแยกสองครั้งอย่างง่ายตามแนว (110) ระนาบเรโซเนเตอร์เหล่านี้จะต้องตั้งฉากกับทางแยกในอนาคตอย่างเคร่งครัด เนื่องจากความหนาของชั้นแอคทีฟของไดโอดอยู่ที่ 1-2 ไมครอนเท่านั้น ด้วยเหตุนี้ การเบี่ยงเบนเล็กน้อยของระนาบเรโซเนเตอร์สามารถนำไปสู่การแผ่รังสีออกจากบริเวณแอคทีฟได้ เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดนี้ ด้านหนึ่งของแผ่นจะถูกบดด้วยผงที่มีขนาดเกรน 5 μm ตั้งฉากกับระนาบที่แยกออกก่อนการแพร่กระจาย พื้นผิวของแผ่นขัดด้วยมือบนกระจกด้วยผงขัดเงา (ขนาดเกรนแรก 1 μm และจากนั้น 0.3 μm) บางครั้งอาจใช้การขัดเงาด้วยสารเคมีด้วย
กระบวนการแพร่สังกะสีลงในแผ่นแกลเลียมอาร์เซไนด์ขัดเงานั้นดำเนินการในปริมาตรปิด (ในหลอดแอมพูลที่ปิดสนิท) หรือในระบบการไหล อย่างไรก็ตาม มีการใช้ระบบปิดบ่อยขึ้น ในการทำเช่นนี้ หลอดบรรจุจะถูกปั๊มออกไปให้มีความดันตกค้างประมาณ มิลลิเมตรปรอท ก่อน ศิลปะ. ธาตุสังกะสีหรือสารประกอบของธาตุนั้นถูกใช้เป็นแหล่งของสังกะสี สารประกอบหลังคือส่วนผสมของอัตราส่วนเฟสของแข็ง
ซึ่งจะถูกเลือกขึ้นอยู่กับสภาวะอุณหภูมิของการแพร่ หากใช้ธาตุสังกะสีเป็นแหล่งของสิ่งเจือปน ธาตุสารหนูก็จะถูกใส่ในหลอดบรรจุตามอัตราส่วนหรือตามที่แสดงด้านล่าง ความดันของสารหนูในหลอดบรรจุมีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการนี้
กระบวนการแพร่กระจายที่ใช้ในเทคโนโลยีเพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลงมีสามรูปแบบ
1. การแพร่กระจายของสังกะสีในขั้นตอนเดียวในบรรยากาศของสารหนูลงในจาน (100) หรือ (111) ที่อุณหภูมิของสังกะสีและสารหนูจะถูกบรรจุลงในหลอดในอัตราส่วนความเข้มข้นรวมในเฟสก๊าซที่ควรจะเป็นเมื่อสิ้นสุดกระบวนการ หลอดบรรจุถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วด้วยน้ำ ระยะเวลาของกระบวนการถูกเลือกขึ้นอยู่กับความลึกที่ต้องการของการเปลี่ยนแปลง
จากผลของการแพร่กระจายเป็นเวลาสามชั่วโมงภายใต้สภาวะเหล่านี้ การเปลี่ยนแปลงจึงเกิดขึ้นที่ระดับความลึกประมาณ 20 ไมโครเมตร
2. การแพร่กระจายของสังกะสีตามด้วยการหลอมในบรรยากาศสารหนูกระบวนการแพร่จะคล้ายคลึงกับที่อธิบายไว้ข้างต้น แต่เมื่อสิ้นสุดกระบวนการแพร่ แผ่นจะถูกวางลงในหลอดบรรจุอีกหลอดหนึ่ง โดยที่สารหนูจะถูกใส่ในปริมาณหนึ่งเช่นกัน หลอดบรรจุที่มีภาระจะถูกสูบออกไปเป็น มิลลิเมตรปรอท ศิลปะ. และเก็บไว้ในเตาอบที่อุณหภูมิ 900 °C เป็นระยะเวลาหนึ่ง การหลอมจะช่วยขยายพื้นที่ที่ได้รับการชดเชย ปรับระดับชั้นการเปลี่ยนแปลงที่ใช้งานอยู่ และสร้างการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่นและไม่คมชัด สภาวะที่เหมาะสมที่สุดมีดังต่อไปนี้: ระยะที่ 1 (การแพร่) - ระยะเวลาอัตราส่วนความเข้มข้นของสังกะสีอุณหภูมิของระยะที่ 1 ระยะที่ 2 (การหลอม) - อุณหภูมิ 900 หรือ - ระยะเวลาความเข้มข้นของสารหนูระยะที่ 2 ความลึกของการแพร่ภายใต้สภาวะเหล่านี้คือประมาณ 8 ไมครอน
3. การแพร่กระจายแบบสามขั้นตอนสำหรับกระบวนการแพร่กระจายสองขั้นตอนที่อธิบายไว้ข้างต้น ขั้นตอนที่สามจะถูกเพิ่มเข้าไป - การแพร่กระจายของสังกะสีแบบตื้นเพื่อสร้างเป็นชั้น
ในตอนท้ายของกระบวนการแพร่กระจายและการทำความเย็นของหลอด หลอดแกลเลียมอาร์เซไนด์จะถูกลบออก และขอบของมันถูกแยกออกเพื่อระบุการเปลี่ยนแปลง กำหนดความลึกของการเกิดขึ้น และสังเกตลักษณะของมันด้วยสายตา: ความสม่ำเสมอ ความกว้าง ฯลฯ ตามลำดับ ถึง
เพื่อให้มองเห็นการเปลี่ยนแปลงได้ชัดเจนชิปจะถูกแกะสลักในสารละลายหรือหยดสารละลายลงบนพื้นผิวที่บิ่นแล้วปล่อยทิ้งไว้ 15 - 30 วินาทีหลังจากนั้นล้างจานด้วยน้ำกลั่น สามารถมองเห็นเส้นสองเส้นบนพื้นผิวที่ถูกแกะสลัก: เส้นล่างสุดกำหนดขอบเขตการเปลี่ยนแปลง และเส้นบนสุดคือจุดเริ่มต้นของการเสื่อมสภาพของวัสดุประเภท -
กลไกการแพร่กระจายของสังกะสีเข้าสู่แกลเลียมอาร์เซไนด์การกระจายตัวของความเข้มข้นของสังกะสีในแกลเลียมอาร์เซไนด์อันเป็นผลมาจากการแพร่กระจายนั้นผิดปกติ สำหรับการแพร่กระจายของสังกะสีที่อุณหภูมิต่ำกว่า สามารถอธิบายได้ด้วยฟังก์ชันข้อผิดพลาดแบบเกาส์เซียน เช่น สมการ (8.4) และ (8.5) ในกรณีนี้ค่าของสัมประสิทธิ์การแพร่สามารถคำนวณได้โดยคำนึงถึงพารามิเตอร์ที่กำหนดในตาราง 8.3. สำหรับอุณหภูมิการแพร่กระจายที่สูงกว่า 800 °C การกระจายตัวของสังกะสีในแกลเลียมอาร์เซไนด์ไม่เป็นไปตามรูปแบบคลาสสิกนี้ ตัวอย่างทั่วไปของการกระจายตัวของสังกะสีที่ผิดปกติแสดงไว้ในรูปที่
8.13 สำหรับการแพร่กระจายที่อุณหภูมิสำหรับ
ปรากฏการณ์ผิดปกติระหว่างการแพร่กระจายของสังกะสีเข้าไปในแกลเลียมอาร์เซไนด์เป็นเรื่องของการศึกษาจำนวนมาก ข้อเท็จจริงต่อไปนี้ได้รับการสังเกต
ข้าว. 8.13. โปรไฟล์การกระจายความเข้มข้นของสังกะสีในแผ่นแกลเลียมอาร์ไซด์สำหรับความเข้มข้นพื้นผิวต่างๆ ที่อุณหภูมิการแพร่กระจายและระยะเวลาประมาณ
ที่อุณหภูมิการแพร่กระจายที่สูงขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของสังกะสีจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารหนูอย่างมาก และความสามารถในการละลายของสังกะสีในแกลเลียมอาร์เซไนด์จะเพิ่มขึ้นถึงสามขนาด (จาก 1017 ถึง 1017 ถึง ตัวอย่าง.
อะตอมของสังกะสีสามารถอยู่ในแกลเลียมอาร์เซไนด์ได้ทั้งที่บริเวณแกลเลียมหรือในจุดคั่น ดังนั้นการแพร่กระจายของสังกะสีจึงสามารถเกิดขึ้นได้ตามตำแหน่งที่ว่างของแกลเลียมและช่องว่าง กฎของฟิคสำหรับกลไกการแพร่สองเท่าสามารถแสดงได้ด้วยสมการ
โดยที่ และ คือค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของสังกะสีตามจุดคั่นและตามกลไกของการแทนที่แกลเลียม
สมการนี้สามารถถูกทำให้ง่ายขึ้นโดยการแนะนำค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ที่มีประสิทธิผล:
ผลลัพธ์ของการแพร่กระจายของความเข้มข้นไอโซคอนเซนเทรชันแสดงให้เห็นว่าที่ความเข้มข้นของสังกะสีสูง การแพร่กระจายไปตามจุดคั่นจะมีอิทธิพลเหนือกว่า กล่าวคือ
ดังนั้น การแพร่กระจายของความเข้มข้นของไอโซโทปสามารถอธิบายได้ด้วยสมการ (8.4) ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของไอโซคอนเซนเทรชันสามารถคำนวณได้จากการวิเคราะห์ความเข้มข้นของอะตอมสังกะสีคั่นระหว่างหน้าและตำแหน่งที่ว่างของแกลเลียม การพึ่งพาความเข้มข้นของสังกะสีอย่างมากจะแสดงไว้ในรูปที่ 1 8.14.
ข้าว. 8.14 การขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์การแพร่ของสังกะสีในแกลเลียมอาร์เซไนด์ต่อความเข้มข้นของสังกะสี
อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะทางเทคโนโลยีจริงที่อุณหภูมิสูง ความเข้มข้นของสังกะสีที่พื้นผิวบนแกลเลียมอาร์เซไนด์จะสูงกว่าความหนาแน่นของไอสังกะสีในหลอดแอมพูลเล็กน้อย ในกรณีที่ไม่มีแรงดันสารหนูในหลอด การกระจายตัวของสังกะสีในตัวอย่างจะผิดเพี้ยนไปอย่างไม่อาจทำซ้ำได้ และ
การเปลี่ยนแปลงไม่สม่ำเสมอ โดยเฉพาะที่ความเข้มข้นของสังกะสีต่ำ การนำสารหนูเข้าไปในหลอดบรรจุช่วยแก้ไขสถานการณ์ได้อย่างมีนัยสำคัญ การพึ่งพาค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ต่อความเข้มข้นของสังกะสีลดลงอย่างมีนัยสำคัญ การแพร่กระจายดำเนินไปอย่างสม่ำเสมอมากขึ้น และการเปลี่ยนแปลงเป็นไปอย่างราบรื่น
ควรให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าปรากฏการณ์ผิดปกติในการแพร่กระจายของสังกะสีเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิที่แกลเลียมอาร์เซไนด์เริ่มสลายตัว ดังนั้นจึงต้องสร้างแรงดันสารหนูในหลอดอย่างน้อยเท่ากับแรงดันการแยกตัวของแกลเลียมอาร์เซไนด์ ที่อุณหภูมิที่กำหนด นอกจากนี้ เนื่องจากสังกะสีก่อให้เกิดสารประกอบที่หลอมละลายพร้อมกันสองชนิดกับสารหนู จึงสามารถคาดหวังการก่อตัวของพวกมันได้ทั้งที่แหล่งสังกะสีและบนพื้นผิวของแกลเลียมอาร์เซไนด์ กระบวนการเหล่านี้ เช่นเดียวกับการแยกตัวของแกลเลียมอาร์เซไนด์ สามารถนำไปสู่การปล่อยแกลเลียมเหลวและการก่อตัวของสารละลายแกลเลียมของสังกะสีและแกลเลียมอาร์เซไนด์ ส่งผลให้เกิดการรบกวนพื้นผิวเฉพาะที่ซึ่งบิดเบือนโปรไฟล์การแพร่กระจายและการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติม เพื่อกำจัดการรบกวนพื้นผิวเหล่านี้และทำให้การแพร่กระจายเข้าใกล้ความเข้มข้นของไอโซความเข้มข้นมากขึ้น บางครั้งสังกะสีจึงถูกแพร่กระจายผ่านฟิล์มที่สะสมไว้บนแกลเลียมอาร์เซไนด์ หรือจากฟิล์มที่เจือด้วยสังกะสี
สามารถกำหนดเงื่อนไขเพื่อให้เกิดการแพร่กระจายของสังกะสีไปยังแกลเลียมอาร์เซไนด์ซ้ำได้ โดยพิจารณาจากแผนภาพเฟสของสมดุลแกลเลียม-สารหนู-สังกะสี (รูปที่ 8.15)
หากใช้สังกะสีที่เป็นธาตุเพียงอย่างเดียวเป็นตัวกระจาย สารหนูจะถูกถ่ายโอนจากแกลเลียมอาร์เซไนด์ไปยังแหล่งสังกะสีจนกระทั่งเฟสสมดุลของซิงค์อาร์เซไนด์ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวทั้งสอง โดยธรรมชาติแล้ว สิ่งนี้จะนำไปสู่การปล่อยแกลเลียมเหลว การหยุดชะงักของพื้นผิวแผ่น และการบิดเบี้ยวของด้านหน้าการแพร่กระจาย
หากแหล่งที่มาเป็นสังกะสีและสารหนูหรือซิงค์อาร์เซไนด์ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับปริมาณของสารกระจาย องค์ประกอบ และอุณหภูมิ ด้วยสารกระจายปริมาณเล็กน้อย (หลายหลอด) จึงไม่เกิดเฟสควบแน่น - สังกะสีและสารหนูทั้งหมดอยู่ในสถานะไอ มีการรบกวนการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวจากระยะเวลาการแพร่กระจายและอุณหภูมิ