微電子器件(2-8)課件

2.8各種二極管二極管除了利用pn結(jié)的整流特性以外，還有各種類型的工作機理，其典型的類別示于表1。二極管種類工作原理檢波管Pn結(jié)整流作用整流器pn結(jié)整流作用開關(guān)二極管pn結(jié)整流作用低電壓二極管Pn結(jié)的擊穿特性變?nèi)荻O管Pn結(jié)耗盡層電容量肖特基勢壘二極管金屬-半導(dǎo)體接觸的整流作用檢波器(檢波用二極管)用于微小交流信號電路的小信號整流二極管，多用于高頻波。為此，盡可能將結(jié)容量做小，一方面結(jié)面積要做小，另一方面要做成盡量抑制容器的分布靜電容的結(jié)構(gòu)。對大電流進(jìn)行整流的器件稱為整流器(整流二極管)，額定電流為數(shù)毫安至數(shù)千安[培]，反向耐壓從數(shù)十伏至數(shù)千伏，這些元件都已實現(xiàn)產(chǎn)品化。電力用二極管的器件剖面如圖1所示，是一個p+nn+結(jié)構(gòu)，n層的寬度要小于載流子的擴散長度。一方面，在正向偏置時，大量空穴從p+區(qū)注入n區(qū)域，經(jīng)擴散后流入到n+區(qū)，為了中和該n區(qū)域中大量過剩的空穴，從n+注入電子，由于這些高濃度的載流子，使n區(qū)域成為低電阻，將這個現(xiàn)象稱為電導(dǎo)率調(diào)制，其結(jié)果使正向壓降減小，從而，減小了二極管功耗。n區(qū)域的過剩載流子，即使去掉正偏也不會立即消失，所以，反向阻斷能力不能立即恢復(fù)。將回到阻斷恢復(fù)所需時間稱為反向恢復(fù)時間。功率器件的開關(guān)速度幾乎被這個恢復(fù)時間所左右。以高速開關(guān)電路為目的所用的小型二極管，稱為開關(guān)二極管。摻入金等縮短載流子壽命的雜質(zhì)，可以使反向恢復(fù)時間做到10-8～10-9s左右。穩(wěn)壓二極管利用了當(dāng)pn結(jié)擊穿時，即使反向電流再增加，反向電壓也能保持幾乎不變的特性。利用這一特性的二極管稱為齊納二極管。擊穿電壓在4V左右以下時，隨著溫度上升擊穿電壓變低的稱為齊納擊穿，而在大約6V以上時，隨著溫度升高擊穿電壓變高的稱為電子雪崩擊穿，由這些擊穿產(chǎn)生陡直上升的反向電流。5V—左右時，兩種擊穿機構(gòu)交疊，使擊穿電壓的溫度依賴性變小。擊穿電壓(齊納電壓)2～400V左右的各種齊納二極管被廣泛使用在穩(wěn)壓電路、保護電路、基準(zhǔn)電壓電路以及限幅器等電路中。由于pn結(jié)加電壓，使結(jié)的耗盡層厚度變化，其效果恰如一個電容器極板間距的變化，變?nèi)荻O管就是利用這一電容量變化效應(yīng)做成的二極管。為了使容量對電壓的依賴關(guān)系變大，對pn結(jié)的雜質(zhì)濃度分布作了各種努力，這種電容量的變化廣泛用在同步電路的調(diào)諧和調(diào)頻等電路中。電視機調(diào)諧器的調(diào)諧二極管等就是近在身邊的應(yīng)用實例。它與pn結(jié)二極管的基本區(qū)別，僅僅是金屬同電阻(n型硅)的接觸，所以沒有所謂的載流子的注入。因此，不存在像pn結(jié)型整流二極管那樣的被儲存的載流子糾纏住的反向恢復(fù)，所以能夠非?？斓拈_和關(guān)。而且，通過金屬材料可以調(diào)節(jié)肖特基勢壘的高度，與pn結(jié)相比，能使正向閾值電壓變小。為了消除電導(dǎo)率調(diào)制，如將硅的電阻值和厚度做大，則由于正向電阻變高，二極管的功耗變大，所以不可能做成很高耐壓。作為外加電壓幾十伏左右以下的低壓、低功耗電力整流器或者作為高速二極管獲得了廣泛應(yīng)用。額定電壓1200V量級的二極管和40V量級的肖特基勢壘二極管的正向特性如圖3．3所示。此外，應(yīng)用于千兆赫頻帶的放大器和微波振蕩器等中還有碰撞雪崩渡越時間器件(工MPATT)和耿氏二極管(Gun