Большая Советская Энциклопедия (ПО)

Большая Советская Энциклопедия

У р—n– перехода на основе очень низкоомного (вырожденного) полупроводника область, обеднённая носителями заряда, оказывается очень тонкой (~ 10^{– 2} мкм ), и для неё становится существенным туннельный механизм перехода электронов и дырок через потенциальный барьер (см. Туннельный эффект ). На этом свойстве основана работа туннельного диода , применяемого в сверхбыстродействующих импульсных устройствах (например, мультивибраторах , триггерах ), в усилителях и генераторах колебаний СВЧ, а также обращенного диода, применяемого в качестве детектора слабых сигналов и смесителя СВЧ

колебаний. Их ВАХ (рис. 4 ) существенно отличаются от ВАХ других П. д. как наличием участка с «отрицательной проводимостью», ярко выраженной у туннельного диода, так и высокой проводимостью при нулевом напряжении.

К П. д. относят также ПП приборы с двумя выводами, имеющие неуправляемую четырёхслойную р—n—р—n– структуру и называют динисторами (см. Тиристор ), а также приборы, использующие объёмный эффект доменной неустойчивости в ПП структурах без р—n– перехода — Ганна диоды . В П. д. используют и др. разновидности ПП структур: контакт металл — полупроводник (см. Шотки эффект , Шотки диод ) и р—i—n– структуру, характеристики которых во многом сходны с характеристиками р—n– перехода. Свойство р—i—n– структуры изменять свои электрические характеристики под действием излучения используют, в частности, в фотодиодах и детекторах ядерных излучений , устроенных т. о., что фотоны или ядерные частицы могут поглощаться в активной области кристалла, непосредственно примыкающей к р—n– переходу, и изменять величину обратного тока последнего. Эффект излучательной рекомбинации электронов и дырок, проявляющийся в свечении некоторых р—n– переходов при протекании через них прямого тока, используется в светоизлучающих диодах . К П. д. могут быть отнесены также и полупроводниковые лазеры .

Большинство П. д. изготавливают, используя планарно-эпитаксиальную технологию (см. Планарная технология ), которая позволяет одновременно получать до нескольких тысяч П. д. В качестве полупроводниковых материалов для П. д. применяют главным образом Si, а также Ge, GaAs, GaP и др., в качестве контактных материалов — Au, Al, Sn, Ni, Cu. Для защиты кристалла П. д. его обычно помещают в металло-стеклянный, металло-керамический, стеклянный или пластмассовый корпус (рис. 5 ).

В СССР для обозначения П. д. применяют шестизначный шифр, первая буква которого характеризует используемый полупроводник, вторая — класс диода, цифры определяют порядковый номер типа, а последняя буква — его группу (например, ГД402А — германиевый универсальный диод; КС196Б — кремниевый стабилитрон).

От своих электровакуумных аналогов, например кенотрона , газоразрядного стабилитрона , индикатора газоразрядного , П. д. отличаются значительно большими надёжностью и долговечностью, меньшими габаритами, лучшими техническими характеристиками, меньшей стоимостью и поэтому вытесняют их в большинстве областей применения.

С развитием ПП электроники совершился переход к производству наряду с дискретными П. д. диодных структур в ПП монолитных интегральных схемах и функциональных устройствах, где П. д. неотделим от всей конструкции устройства.

Об исторических сведениях см. в ст. Полупроводниковая электроника .

Лит.: Полупроводниковые диоды. Параметры. Методы измерений, М., 1968; Федотов Я. А., Основы физики полупроводниковых приборов, М., 1970; Пасынков В. В., Чиркин Л. К., Шинков А. Д., Полупроводниковые приборы, М., 1973; Зи С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., М., 1973.

Ю. Р. Носов.

Рис. 4. Вольтамперные характеристики туннельного (1) и обращенного (2) диодов: U — напряжение на диоде; I — ток через диод.

Рис. 2. Типичная вольтамперная характеристика полупроводникового диода с р — n-переходом: U — напряжение на диоде; I — ток через диод; U*_oбр и I*_oбр — максимальное допустимое обратное напряжение и соответствующий обратный ток; U_cт — напряжение стабилизации.

Рис. 3. Малосигнальная (для низких уровней сигнала) эквивалентная схема полупроводникового диода с р — n-переходом: r_{p– n} — нелинейное сопротивление р — n-перехода; r_б — сопротивление объёма полупроводника (базы диода); r_yт — сопротивление поверхностных утечек; С_Б — барьерная ёмкость р — n-перехода; С_диф — диффузионная ёмкость, обусловленная накоплением подвижных зарядов в базе при прямом напряжении; С_к — ёмкость корпуса; L_к — индуктивность токоподводов; А и Б — выводы. Сплошной линией показано подключение элементов, относящихся к собственно р — n-переходу.

Рис. 5. Полупроводниковые диоды (внешний вид): 1 — выпрямительный диод; 2 — фотодиод; 3 — СВЧ диод; 4 и 5 — диодные матрицы; 6 — импульсный диод. Корпуса диодов: 1 и 2 — металло-стеклянные; 3 и 4 — металло-керамические; 5 — пластмассовый; 6 — стеклянный.

Рис. 1. Структурная схема полупроводникового диода с р — n-переходом: 1 — кристалл; 2 — выводы (токоподводы); 3 — электроды (омические контакты); 4 — плоскость р — n-перехода.

Полупроводниковый лазер

Полупроводнико'вый ла'зер , полупроводниковый квантовый генератор, лазер с полупроводниковым кристаллом в качестве рабочего вещества. В П. л., в отличие от лазеров др. типов, используются излучательные квантовые переходы не между изолированными уровнями энергии атомов, молекул и ионов, а между разрешенными энергетическими зонами кристалла (см. Твёрдое тело ). В П. л. возбуждаются и излучают (коллективно) атомы, слагающие кристаллическую решётку. Это отличие определяет важную особенность П. л. — малые размеры и компактность (объём кристалла ~10^{– 6} —10^{– 2}см³ ). В П. л. удаётся получить показатель оптич. усиления до 10⁴ см^{– 1} (см. Усиления оптического показатель ), хотя обычно для возбуждения генерации лазера достаточны и меньшие значения (см. ниже). Другими практически важными особенностями П. л. являются: высокая эффективность преобразования электрической энергии в энергию когерентного излучения (до 30—50%); малая инерционность, обусловливающая широкую полосу частот прямой модуляции (более 10⁹ Ггц ); простота конструкции; возможность перестройки длины волны l излучения и наличие большого числа полупроводников, непрерывно перекрывающих интервал длин волн от 0,32 до 32 мкм.

Люминесценция в полупроводниках . При рекомбинации электронов проводимости и дырок в полупроводниках освобождается энергия, которая может испускаться в виде квантов излучения (люминесценция ) или передаваться колебаниями кристаллической решётки , т. е. переходить в тепло. Доля излучательных актов рекомбинации у таких полупроводников, как Ge и Si, очень мала, однако в некоторых полупроводниках (например, GaAs, CdS) при очистке и легировании она может приближаться к 100%.