Презентація на тему «Напівпровідникові діоди та їх використання»

Напівпровідникові діоди та їх використання
Даниленко Альони 11-А

План
Діод. Види діодів. Вольт-амперна характеристика діода.
Напівпровідниковий діод.
Випрямні електричні переходи (електронно-дірковий, гетероперехід, контакт метал-напівпровідник).
Діод Шотткі.
Класифікація напівпровідникових діодів.
Використання.

Діод  — електронний прилад з двома електродами, що пропускає електричний струм лише в одному напрямі.
Чотири діода і діодний міст

Скляна колба
Пластина
Нитка

Вольт-амперна характеристика діода
При цьому звернемо увагу на те, що сила струму в прямому напрямі із збільшенням напруги зростає дуже швидко. У зворотному ж напрямі сила струму дуже мала й майже не змінюється із зростанням напруги.
З вольт-амперної характеристики діода витікає, що для нього не застосовний закон Ома.

Напівпровідниковий діод – це напівпровідниковий прилад з одним випрямим електричним переходом і двома зовнішніми виводами.
Типовий представник напівпровідникових діодів. На корпусі приладу катод позначається кільцем або крапкою.

Принцип роботи напівпровідникового діода відкрив у 1874 році Карл Фердинанд Брау. Перший радіоприймач з використанням кристалічного діода сконструював Грінліф Віттер Пікард. Свій винахід він запатентував у 1906 році.
Карл Фердинанд Брау

Випрямним електричним переходом в напівпровідникових діодах може бути електронно-дірковий перехід, гетероперехід або контакт метал-напівпровідник.

Електронно-дірковий перехід (p-n перехід) — область контакту напівпровідників p- та n-типу, яка характеризується одностороннім пропусканням електричного струму.

Гетероперехід - контакт між двома різними за хімічною будовою матеріалами, зокрема напівпровідниками.
Термін вживається на противагу p-n переходу, в якому існує контакт між двома областями одного матеріалу, але з різними домішками, частка яких дуже маленька, тож вони не змінюють зонної структури матеріалу.

Структура і властивості контактів метал - напівпровідник залежать від розташування рівнів Ферми (конструкція, основні елементи якої працюють на розтягування-стискання) в тім і іншому шарі і від величини роботи виходу, необхідної для переводу електрона з рівня Ферми у вакуум.
Енергетичні діаграми контакту метал – електронний напівпровідник:а) зразки не контактують;б) контакт – електронний напівпровідник n – типу при еφм > еφп;в) контакт метал – напівпровідник n – типу при еφп > еφм.

Діод Шотткі (названий на честь німецького фізика Шотткі Вальтера), також відомий, як «діод з гарячими носіями», є напівпровідниковим діодом з низьким значенням падіння прямої напруги, та дуже швидким перемиканням. Діоди Шотткі використовують перехід метал-напівпровідник, як бар'єр Шотткі, (замість p-n переходу як у звичайних діодів).
Вольт – амперні характеристики переходу Шотткі (1) і p – n переходу (2)

Кому цікаво *
У напівпровіднику n -типу електрони беруть участь у тепловому русі й дифундують через межу в напівпровідник р-типу, де їх концентрація є значно меншою. Так само дірки будуть дифундувати з напівпровідника р-типу в напівпровідник n -типу. Це відбувається подібно до того, як атоми розчиненої речовини дифундують із міцного розчину в слабкий під час їхнього зіткнення.
Якщо приєднати напівпровідник n-типу до позитивного, а р-типу до негативного полюса джерела, то приконтактна область розширяється. Опір області значно збільшується. Струм через перехідний шар буде дуже малий. Цей напрям струму називають запірним: у цьому напрямі електричний струм практично не проходить через контакт напівпровідників. Утворення запірного шару при контакті напівпровідників р- та n- типів розлянемо на такому малюнку:

Класифікація напівпровідникових діодів
біля вістря утворюється мініатюрний р-n перехід півсферичної форми
р-n перехід утворюється двома напівпровідниками з різними типами електропровідності

За матеріалом: германієві, кремнієві, арсенідо-галієві, фосфідо-індієві.

Тунельні (діоди Лео Есакі) — напівпровідникові елементи електричного кола з нелінійною вольт-амперною характеристикою, на якій існує ділянка з від'ємною диференційною провідністю, наявність якої базується на кванотовомеханічних ефектах. Застосовуються як підсилювачі, генератори тощо.

Лавинно-пролітні напівпровідникові діоди, що працюють в режимі лавинного розмноження носіїв заряду при зворотному зміщенні електричного переходу та призначені для генерування надвисокочастотних коливань.

Фотодіоди — це приймачі оптичного випромінювання, які перетворюють світло, що падає на його фоточутливу область в електричний заряд за рахунок процесів в p-n переході.

Світлодіоди  — напівпровідникові пристрої, що випромінюють некогерентне світло, при пропусканні через них електричного струму (ефект, відомий як електролюмінесценція).

Діоди Ганна — тип напівпровідникових діодів, що використовується для генерації та перетворення коливань у діапазоні НВЧ (надвисокочастотне випромінювання). На відміну від інших типів діодів, принцип дії діода Ганна заснований не на властивостях p-n переходів, а на власних об'ємних властивостях напівпровідника.

призначені для перетворення змінного струму в пульсуючий;
мають малу тривалість перехідних процесів в імпульсних режимах роботи;
призначені для застосування як елементи з електрично керованою ємністю;
працюють в режимі зворотного пробою та використовується як джерело опорної напруги;
призначені для детектування сигналу;
призначені для детектування надвисокочастотного сигналу;
призначені для перетворення високочастотних сигналів у сигнал проміжної частоти.

Використання
Діоди широко використовуються в електротехніці,
електроніці та радіотехніці.
Використовуються при демодуляції амплітудно-модульованого радіосигналу, тобто виділення низькочастотної складової з високочастотного сигналу.
Також використовуються для вимірювання температури, оскільки падіння напруги на діоді (при прямому включенні) залежить від температури.
Інше використання — у клавіатурі електронних музичних інструментів.
Діоди застосовуються також для захисту різних пристроїв від неправильної полярності включення і т. п.