Полупроводниковые диоды

Выпрямляющее действие контактов двух полупроводников (и полупроводников с металлами) широко используют для устройства полупроводниковых диодов, предназна­ченных для выпрямления и преобразования переменных токов, а также и для других целей.

На рис. 430 показано устройство одного из типов германиевого выпрямителя. Он состоит из пластинки германия с электронной проводимостью, в которую с одной стороны вварен шарик индия, сообщающего германию дырочную проводимость, а с другой — шарик олова. При нагревании в процессе сварки индий диффундирует в германий на некоторую глубину, так что вблизи индиевого электрода возникает дырочная проводимость, а на некоторой глубине образуется выпрямляющий р— n - переход. Оловянный электрод служит только для включения выпрямителя в цепь тока.

 

 

Для предохранения от внешних влияний выпрямитель заключают в герметический патрон или запрессовывают в подходящее изолирующее вещество (на рисунке не показаны). Подобные выпрямители при площади контакта около 1 мм² и напряжении ± 1 в дают проходные токи больше 1 а, а величина обратных токов обычно не превышает нескольких микроампер. При площади контакта в несколько квадратных сантиметров германиевые и кремниевые выпрямители способны пропускать токи в несколько сотен ампер, хотя их размеры настолько малы, что они легко умещаются на ладони руки. Их пробойные напряжения могут достигать многих сотен и даже нескольких тысяч вольт.

На рис. 431 изображено устройство широко распространенного селенового выпрямителя.

Основным выпрямляющим элементом в нем является «селеновая шайба». Она состоит из железного никелированного диска, на который нанесен тонкий слой полупроводника – селена. Селен покрыт вторым металлическим электродом, состав которого различен (например, сплав олово—кадмий—висмут).

 

 

В результате специальной термической и электрической обработки в селене, вблизи поверхности второго электрода, образуется запирающий слой (р—n - переход), возникающий вследствие диффузии вещества электродов в селен. Так как селен обладает дырочной проводимостью, то проходное направление тока есть направление от селена ко второму электроду.

 

 

Отдельные шайбы соединяются в выпрямителе последовательно, как показано на рис. 432. С селеновых выпрямителей снимают прямые токи 30—50 ма на см² поверхности, а допустимые обратные напряжения равны 25—50 в на каждую шайбу.

Полупроводниковые выпрямители применяются не только для выпрямления обычных технических переменных токов, но и в радиотехнике, для выпрямления и преобразования электрических колебаний высокой частоты (так называемые кристаллические детек­торы). Они имеют кристаллик кремния или германия (рис. 433), к которому прижимается тонкое металлическое острие (диаметром в несколько микрон). Такие детекторы позво­ляют выпрямлять быстропеременные токи, частота которых превышает 10¹⁰ периодов в секунду, что невозможно сделать с помощью электронных ламп.

Очень тонкие р-n переходы используют для устройства туннельных диодов, вольт-амперная характеристика которых уже была приведена на рис. 429. Такие диоды могут служить в качестве элементов с отрицательным дифференциальным сопротивлением и могут быть использованы для усиления и генерации электрических колебаний (подробнее см. [ ]). Они применяются также в качестве быстродействующих переключателей.