токах уровень инжекции получается настолько высоким, что экспоненциальная характеристика вырождается и приближается к параболической (2-80). Такому вырождению способствует сравнительно большое отношение pj Рб, так как эмиттер специально не легирован.

Особенно сильно различаются статические характеристики точечных и плоскостных диодов в области обратных токов (рис. 3-2). Поскольку площадь перехода мала, мал и тепловой ток /q. Однако участок насыщения небольшой и обычно плохо заметен, так как уже при сравнительно небольших напряжениях (несколько вольт) обратный ток существенно возрастает за счет утечек, а также за счет заметного повышения температуры перехода (теплоотвод затруднен малой площадью коетакта, и тепловое сопротивление Rt велико).

Важной особенностью обратной ха- VnpoS рактеристики является участок с отри- В -gPl -т нательным дифференциальным сопро-

тивлением, который обусловлен тепловым пробоем (см. § 2-7, рис. 2-30). Этот участок по праву называют участком Лосева , так как советский физик О. В. Лосев [48] первым использовал его в 1922 г. в схемах усилителей и генераторов (кристадины). Несмотря на Рис. 3-2. Статическая харак-принципиальную ценность указанного теристика точечного диода, участка, его практическое использование

нецелесообразно вследствие большого разброса значения отрицательного сопротивления и координат начала и конца участка, плохой стабильности во времени и малого срока службы диода в таком перенапряженном режиме. Кро.ме того, частотный предел в схемах, использующих участок Лосева, очень невелик (десятки - сотни килогерц) из-за инерционности тех тепловых процессов, которые лежат в основе отрицательного сопротивления. Однако основная идея О. В. Лосева - возможность усиления и генерации с помощью полупроводниковых двухполюсников - широко реализуется с помощью новых типов диодов, например диодов Ганна [8] и туннельных (см. § 3-3).

Переходные процессы протекают в точечных диодах качественно так же, как и в плоскостных (см. § 2-9). Количественные различия связаны с меньшими площадью перехода и временем жизни. Время жизни у точечных диодов меньше, чем у плоскостных, так как роль поверхностной рекомбинации возрастает с уменьшением площади перехода. Поскольку длительность всех этапов переключения пропорциональна времени жизни (см. § 2-9, где 0.= tlx), при прочих равных условиях повышается скорость переходных процессов и расширяется рабочий диапазон частот. Поэтому точечные диоды до сих пор используются в высокочастотных схемах. Однако за последние несколько лет в связи с освоением технологии Диодов Шоттки (см. § 3-4) и тенденцией использовать групповые

методы изготовления, свойственные микроэлектронике, точечные диоды утрачивают свое значение в электронной технике.

Обширный и своеобразный класс точечных полупроводниковых диодов составляют германиевые и кремниевые детекторные диоды, применяющиеся главным образом в технике СВЧ [16, 49]. Технологическая особенность детекторных диодов заключается в весьма низкосмном материале базы и очень малом (2-3 мкм) радиусе точечного контакта. Низкое удельное сопротивление базы (примерно 0,01-0,001 Ом-см) обусловливает очень малое время жизни носителей, 1ГГО вместе с малой площадью контакта объясняет хорошие частотные свойства, необходимые для работы в области СВЧ.

1-й элент.

Игла

Мгла

Рис. 3-3. Статическая характеристика детекторного диода.

2-й электрод

Рис. 3-4. Конструктивные варианты детекторных диодов.

Однако по параметрам вольт-амперной характеристики детекторные диоды значительно уступают высоковольтным точечным диодам (рис. 3-3). Напряжение пробоя у детекторных диодов составляет всего 3-5 В, так как при малом удельном сопротивлении базы переход получается очень узким и напряженность поля в нем велика даже при малых напряжениях. Тепловой ток, пропорциональный величине рб (см. § 2-6), весьма мал, но рост обратного тока начинается практически с нуля, так как при очень узком переходе носители проникают через потенциальный барьер вследствие туннельного эффекта. Прямые напряжения из-за малого значения относительно велики [см. (2-37)].

Отмеченные недостатки не столь существенны для детекторных диодов, так как смесители и преобразователи СВЧ, в которых они используются, работают от малых сигналов (сотые доли вольта и меньше). Для таких диодов помимо рабочей частоты важны такие параметры, как коэффициент шума, коэффициент преобразования и др. Эти параметры могут бьггь достаточно хорошими, несмотря на плохую (с точки зрения обычных диодов и обычных электронных схем) вольт-амперную характеристику.

* Обычно в области СВЧ удобнее не расчленять уровень сигнала на напряжение и ток, а оперировать мощностью.

mA 0

- Ч -5

Конструкция детекторных диодов обычно приспособлена к сочленению с элементами волноводов, измерительных головок и других деталей систем СВЧ (рис. 3-4).

3-2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТАБИЛИТРОНЫ

Аналогом газонаполненного стабилизатора напряжения (стабилитрона) служит кремниевый плоскостной диод, работающий в области пробоя [16]. Такой полупроводниковый стабилитрон по большинству параметров превосходит газоразрядный (табл. 3-1) и, главное, может иметь несравненно меньшие рабочие напряжения, что совершенно необходимо в транзисторных схемах, практически всегда низковольтных.

Выбор кремния в качестве материала для полупроводниковых стабилитронов обусловлен главным образом малым обратным током. При этом саморазогрев диода в пред-пробойной области отсутствует и переход в последнюю получается достаточно резким (рис. 3-5). Кроме того, в самой области пробоя, даже при большом токе, нагрев диода не носит лавинообразного характера, так как токи и Iq остаются малыми в широком температурном диапазоне [роль этих токов в тепловом пробое была подчеркнута в связи с формулой (2-60)]. Соответственно рабочий участок характеристики идет почти вертикально и не имеет отрицательного наклона, характерного для теплового пробоя (см. рис. 2-30).

Механизм пробоя в полупроводниковых стабилитронах может быть туннельным, лавинным или смешанным в зависимости от удельного сопротивления базы (см. § 2-7). У стабилитронов с весьма низкоомной базой (низковольтных) имеет место туннельный (зене-ровский) пробой, а у стабилитронов с высокоомной базой (сравнительно высоковольтных) - лавинный пробой.

Заметим, что в случае лавинного пробоя выгодно делать базу из электронного полупроводника, так как при этом излом обратной характеристики будет более резким [см. (2-55) и значения показателя п в табл. 2-2].

Большой интерес представляет температурная зависимость стабилизированного напряжения в виде температурной чувствительности e=dUp,po6/dT или температурного коэффициента напряжения ТКН = 8/[/проб. У диодов с туннельным пробоем (низковольт ных) пробивное напряжение находится в прямой зависимости

Рис. 3-5. Статическая характеристика полупроводникового стабилитрона.

а - полная характеристика; б - рабочий участок.