Розрахунок та проектування діода Ганна
I. Аналіз конструктивних особливостей напівпровідникових діодів
1.1 Напівпровідникові діоди
1.1.1 Випрямлювальні діоди
1.1.2 Діодні матриці та складання. Стабілітрони та стабістрони
1.1.3 Обмежувачі напруги
1.1.4 Варікапи. Випромінюючі діоди
1.2.1. Детекторні діоди
1.2.2. Змішувальні НВЧ-діоди
1.2.3. Перемикальні НВЧ-діоди
1.2.4. Тунельні діоди
1.2.5. Звернені діоди
1.2.6. Лавинно-прогонові діоди
ІІ. Розрахунок параметрів та характеристик діода Ганна
Список використаної літератури
Науково-технічний прогрес немислимий без електроніки. Інтенсивний розвиток електроніки пов'язаний із появою нових різноманітних напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем, які знаходять застосування у обчислювальній техніці, автоматиці, радіотехніки.
Напівпровідникові прилади у вигляді точкових діодів або, як їх раніше називали, кристалічних детекторів, застосовували ще в перших електронних установках. Випрямні властивості контактів між металами та деякими сірчистими сполуками були виявлені в 1874 р. А.С.Поповим (вперше був використаний напівпровідниковий діод-детектор у його радіотелеграфному приймачі) у 1895 р. при винаході радіо був застосований порошковий когерер, в якому використовувалися нелінійні властивості зерен систем. У 1922 р. О.В.Лосєв (відкрив здатність напівпровідникового діода генерувати та посилювати електричні сигнали) використовував негативний диференціальний опір, що виникає за певних умов на точкових контактах металу з напівпровідником, для генерації та посилення високочастотних електромагнітних коливань. Крім того, їм було виявлено свіченнякристалів карбіду кремнію під час проходження струму через точковий контакт.
Однак у цей період успішно розвивається техніка електровакуумних приладів і через недостатнє знання будови напівпровідників і електрофізичних процесів, що відбуваються в них, напівпровідникові прилади тоді не отримали суттєвого розвитку та застосування.
У роки Великої Вітчизняної війни були розроблені точкові високочастотні та надвисокочастотні германієві та кремнієві діоди. У 1942 р. в СРСР було розпочато випуск напівпровідникових термоелектричних генераторів для безпосереднього перетворення теплової енергії на електричну. Термогенератори використовувалися для живлення переносних радіостанцій партизанських загонів. Створення та виробництво цих та багатьох інших приладів стало можливим завдяки фундаментальним теоретичним та експериментальним дослідженням властивостей напівпровідників, проведеним групою вчених під керівництвом академіка А.Ф. Йоффе.
З 1948 р. з моментів створення американськими вченими Дж. Бардіним, В. Браттейном і В. Шоклі точкового транзистора почався новий етап напівпровідникової електроніки. У п'ятдесятих роках розробили різні типи транзисторів, потужних германієвих і кремнієвих випрямних діодів, тиристорів, тунельних діодів та інших напівпровідникових приборов.[1]
Велику роботу з вивчення процесів випрямлення виконано німецьким ученим В.Шоттки та американським ученим М.Моттом. Але найбільшим досягненням області напівпровідникових приладів стало винахід 1984 р американськими вченими Д.Б.Бардиным, В.Браттейном і У.Шокли напівпровідникового підсилювального елемента - транзистора. Маючи практично необмежений термін служби, транзистори дозволили суттєво підвищити надійність радіоелектронних систем, у багато разівзменшити їх розміри та скоротити споживання ними електричного струму.
У перші зразки точкових транзисторів були виготовлені в 1949 р А.В. Красіловим та С.Г. Мадоян.
Відкриття транзистора стало початком нового етапу у розвитку напівпровідникової електроніки. У період із 1948 по 1985 р було створено понад 60 різних типів твердотільних приладів, у тому числі у час вітчизняної і зарубіжної промисловістю освоєно виробництво понад 30.
Паралельно з розробкою напівпровідникових випрямлячів та підсилювачів були розроблені прилади, принцип дії яких ґрунтується на властивостях напівпровідникових матеріалів змінювати свій опір під дією різних зовнішніх факторів.
Великою подією в радіотехніці та техніці зв'язку була поява тунельного діода. Його винахід належить японському вченому Л.Есакі. У 1957р вивчаючи p-n-переходи, виготовлені в сильнолегованому германії, він виявив аномальний перебіг вольтамперних характеристик, зумовлений тунельним ефектом.
У наступні роки спостерігається швидке поступ напівпровідникових приладів в область надвисоких частот. Прогрес у цьому напрямку було досягнуто внаслідок значного вдосконалення технології виготовлення НВЧ-транзисторів, тунельних діодів та варикапів. У 1959 р. радянським ученим А.С. Тагером та його співробітниками було виявлено генерацію когерентних коливань НВЧ у p-n-переході при ударній іонізації. Цей ефект став основний лавинно-прогонового діода, на якому створено клас НВЧ-пристроїв: генератори, підсилювачі та перетворювачі частоти.
Незважаючи на досягнуті успіхи в напівпровідниковій електроніці, не можна вважати знання у цій галузі достатніми. Має бути дослідження нових властивостей напівпровідників і створенняпринципово нових приладів.
Напівпровідникова електроніка дала можливість розгорнути роботи з мініатюризації та мікромініатюризації електронного оборудования.[2]
I. АНАЛІЗ КОНСТРУКТИВНИХ ХАРАКТЕРИСТИКНапівпровідник Діодів
1.1 Напівпровідниковий діод
Напівпровідниковий діод- це напівпровідниковий прилад з одним випрямляючим електричним переходом і двома зовнішніми висновками, в якому використовується та чи інша властивість випрямляючого переходу.
Як випрямляючий електричний переход у напівпровідникових приладах може бути електронно-дірковий перехід, гетероперехід або контакт метал-напівпровідник.
У діоді з електронно-дірковим переходом крім електричного переходу, що випрямляє, повинно бути два невипрямляючі переходи, через які p- і n-області діода з'єднані з висновками. У діоді з випрямляючим електричним переходом у вигляді контакту метал-напівпровідник всього один перехід, що не випрямляє.
а) з електронно-дірковим переходом; В - контакти, що випрямляють;
Н - непрямі контакти
Малюнок 1.1 Структура напівпровідникових діодів
Зазвичай напівпровідникові діоди мають несиметричні електронно-діркові переходи. Тому при прямому включенні діода кількість неосновних носіїв, інжектованих з сильнолегованої області слаболегированную область, значно більше, ніж кількість неосновних носіїв, що проходять у протилежному напрямку. Відповідно до загального визначення область напівпровідникового діода, в яку відбувається інжекція неосновних носіїв, називають базою діода. Таким чином, у діоді базовою областю є слаболегована область.
Залежно від співвідношення лінійних розмірів випрямляючого переходу та характеристичноїДовжини розрізняють площинні та точкові діоди. Характеристичною довжиною для діода є найменша з двох величин, що визначає властивості та характеристики діода: дифузійна довжина неосновних носіїв у базі або товщина баз.
Площинним називають діод, у якого лінійні розміри, що визначають площу електричного переходу, що випрямляє, значно більше характеристичної довжини.
Точковим називають діод, у якого лінійні розміри, що визначають площу електричного переходу, що випрямляє, значно менше характеристичної довжини.
Випрямляючий перехід крім ефекту випрямлення має й інші властивості: нелінійність вольт-амперної характеристики; явищем ударної іонізації атомів напівпровідника при відносно великих для даного переходу напругах; явищем тунелювання носіїв крізь потенційний бар'єр переходу як із зворотному, і у певних умов і за прямому напрузі; бар'єрною ємністю. Ці властивості випрямляючого переходу використовують для створення різних видів напівпровідникових діодів: діодів, що випрямляють, змішувачів, помножувачів, модуляторів, стабісторів, стабілітронів, лавинно-прогонових діодів, тунельних і звернених діодів, варикапов.[1]
1.1.1 Випрямляючі діоди
Діоди, які використовуються в електричних пристроях для перетворення змінного струму в струм однієї полярності, називають випрямляючими.
Різновидом випрямляючих діодів є лавинні діоди. Ці прилади на зворотній гілці ВАХ мають лавинну характеристику, подібну до стабілітронів. Наявність лавинної характеристики дозволяє застосовувати їх як елементи захисту ланцюгів від імпульсних перенапруг, у тому числі у схемах випрямлячів.
1.1.2 Діодні матриці та складання
Діодні матриці та складання призначені для використання в багатоступінчастих діодно-резистивних логічних пристроях, що виконують операції І, АБО, діодних функціональних дешифраторах, різних комутаторів струму та інших імпульсних пристроїв. Конструктивно вони виконані в одному корпусі і можуть бути електрично з'єднані в окремі групи або одну групу (загальний анод і роздільні катоди, загальний катод і роздільні аноди), послідовно з'єднані або електрично ізольовані.