Лавинний діод-принцип роботи, застосування, структура

Перед тим, як дати визначення лавинного діода, розберемося з поняттям лавинного пробою p-n-переходу, тому як саме на ньому грунтується робота цього приладу, який є різновидом стабилитрона і використовує зенеровскій пробою, правильніше назвати напівпровідники з напругою пробою більше 5 В - лавинними діодами.

Поняття лавинного пробою

Лавинний пробій ініціюється сильним електричним полем, їм мають напівпровідники з p-n-переходом з великою товщиною. Неосновні носії, дислоковані в переході, забирають для себе основну функцію, при розгоні вони іонізують атоми. Нові електрони, а в основному це електрони теплового походження, стикаючись з атомами кремнію, розташованими по сусідству, викликають лавиноподібне зростання всього процесу, створюють нові пари електрон-дірка.

Дія пробою має властивість оборотності і відбувається без будь-яких наслідків руйнівних для кристалічної структури напівпровідникового приладу, особливо якщо постаратися не допустити перегріву приладу і обмежити величину струму. Значення напруги для лавинного пробою варіюється в межах значень від 5 до 1000 В, залежить від конструктивних особливостей діода і рівня легування кремнію.

Оптимізація лавинного діода

У програму досліджень щодо зниження втрат потужності і зниження температури включені наступні дослідження:

1. Використання радіаційних дефектів для легування кремнієвої структури діода.
2. Вимірювання часу життя носіїв заряду способом Лекс;
3. Контроль параметрів статики і динаміки діодів.
4. Знаходження повної потужності втрат і температурних величин структури діода з приєднаним охолоджувачем.

Результат дослідження оптимізації, за допомогою опромінення кремнієвої структури напівпровідникового приладу за допомогою прискорених електронів, показав поліпшення системи параметрів. Сумарна потужність втрат зменшилася у всіх робочих режимах на 37%, а температура знижена на 28%. Результат підтвердив ефективність опромінення структури для отримання надійних силових напівпровідникових приладів.

Лавинно-пролітний діод

Мал. №3. Структура лавинно-пролітного діода.

Різновид лавинного діода - лавинно-пролітний діод (IMPATT-діод). Він побудований на основі лавинного множення заряджених носіїв. Прилад використовується для генерації коливань в НВЧ-діапазоні. Робоча область приладу - область лавинного пробою.

Структура складається з кремнію і арсеніду галію (метал-напівпровідник) та інші. У базі діода, області заповненої електронами і дірками з незмінним значенням струму виникає фаза, яка характеризується великим значенням напруженості поля, вона випереджає появу лавинного ударного фронту.

Головний режим лавинно-пролітного діода - режим захопленої плазми, стан компенсованій напівпровідникової плазми. Існує окремий тип подібних діодів - BARITT-діоди, їх характеризує инжекционно-пролітний режим.

Показники технологічної якості для конструкції лавинного діода

Основна перевага лавинного діода перед випрямним в здатності відновлювати параметри в результаті великих перенапруг, в той час як другі руйнуються і виходять з ладу.

Мал. №4. Креслення з габаритно-приєднувальними розмірами лавинного діода типу: а) ДЛ152 і б) ДП151.

Вимоги до якості конструкції включають:

Мал. №5. Параметри деяких типів лавинних діодів.

Що необхідно для лавинного p-n-переходу

Лавинний діод здатний забезпечити надійність електричної схеми та дозволити знизити потужність застосовуваного діода, досягається це тим, що захисну роль від пробою приймає лавинний струм, а не використання додаткового запасу по зворотному напрузі силового діода.