Електрофізичні властивості напівпровідників та загальні відомості і основні типи напівпровідникових розмикачів струму. Промислові генератори імпульсів на основі ДДРВ й SOS-діодів, дрейфовий діод з різким відновленням, силові діоди на базі P-N переходів.
Аннотация к работе
Для проведення досліджень в експериментальній фізиці широко використовують імпульсні джерела живлення для потужніх лазерів, прискорювачів заряджених частинок, рентгенівських апаратів. Але для створення таких імпульсних джерел живлення потрібно мати потужні перемикаючі пристрої, які б перемикали, із достатньо високою швидкістю джерела живлення із режиму накопичення енергії в режими розряду та навпаки. Такі перемикаючі пристрої повинні витримувати напруги порядку 103 - 106 В та струми густиною 102 - 105 А/см2 та мати можливість генерувати імпульси із частотою 104 Гц і вище. У роботі розглянуто напівпровідникові діодні перемикачі струму для потужньої наносекундної імпульсної техніки.Напівпровідниками є речовини, що займають по величині питомої провідності проміжне положення між провідниками й діелектриками [1,2,3]. Разом з тим вони володіють рядом специфічних властивостей, що різко відрізняють їх від провідників і діелектриків, основним з яких є сильна залежність питомої провідності від впливу зовнішніх факторів (температури, світла, електричного поля і т. п.).Домішковими напівпровідникам називаються напівпровідники, що містять домішки, валентність яких відрізняється від валентності основних атомів. При підвищенні температури або при опроміненні напівпровідника світловою енергією, рентгенівським випромінюванням валентний електрон може вийти з ковалентного звязку й стати вільним носієм електричного заряду. При цьому ковалентний звязок стає дефектним, у ньому утвориться вільне (вакантне) місце, що може зайняти один з валентних електронів сусіднього звязку, у результаті чого вакантне місце переміститься до іншої пари атомів. Процес виникнення вільних електронів і дірок, обумовлений розривом ковалентних звязків, називається тепловою генерацією носіїв заряду. Утворені в результаті генерації електрони й дірки, перебуваючи в стані хаотичного теплового руху, через деякий час, середнє значення якого називається часом життя носіїв заряду, зустрічаються один з одним, у результаті чого відбувається відновлення ковалентних звязків.Дозволені енергетичні зони розділені інтервалами енергій, якими електрони не можуть володіти і які називаються забороненими зонами. При нагріванні речовини електронам надається додаткова енергія й вони переходять із енергетичних рівнів валентної зони на більше високі енергетичні рівні зони провідності. У провідниках для здійснення таких переходів потрібна незначна енергія, тому провідники характеризуються високою концентрацією вільних електронів (порядку 1022 см-3). У напівпровідниках для того, щоб електрони змогли перейти з валентної зони в зону провідності, їм повинна бути надана енергія не менша за ширину забороненої зони. Перехід електронів з валентної зони в зону провідності вимагає більших витрат енергії, чим перехід на рівні акцепторів, тому концентрація електронів np виявляється менше концентрації ni, а концентрацію дырок pp можна вважати приблизно рівною концентрації акцепторів NA.Для генерування потужних наносекундных імпульсів є два підходи, що розрізняються за способом нагромадження енергії - нагромадження в ємнісних накопичувачах (малоіндуктивні конденсатори й формуючі лінії) з наступною передачею енергії в навантаження через замикаючий ключ і нагромадження в магнітному полі індуктивного контуру зі струмом; в останньому випадку для передачі енергії в навантаження необхідно здійснити наносекундне розмикання великого струму. Другий метод представляє дуже великий інтерес для потужної імпульсної техніки, оскільки густина накопиченої енергії в індуктивних накопичувачах на півтора - два порядки більша, ніж у ємнісних, істотно менша вартість накопичувачів й, що теж істотно, імпульсна напруга на навантаженні при обриві струму може бути значно вища, ніж напруга на попередніх рівнях формування імпульсу. При проходженні через нього струму в провідному напрямку слабколегована п-база заповнюється електронно-дірковою плазмою внаслідок інжекції електронів і дірок через потенційні барєри п п-і р п-переходів. Фізика цього процесу в умовах високої густини зворотного струму була детально розглянута в роботах фізиків ще в 1967 р., і хоча нагромадження електронно-діркової плазми в п-базе р пп -структури при прямому струмі розраховувалося без врахування всіх нелінійних ефектів, а процес відновлення р п-переходу при протіканні великого зворотного струму розраховувався з рядом нереальних наближень (сталість у часі зворотного струму, незалежність рухливості носіїв від поля й др.), основні фізичні особливості процесу були визначені дуже чітко[3,4]. Насамперед, було показано, що спад до рівноважного значення концентрації носіїв у блокуючого р п-переходу й початок формування там області обємного заряду не приводить до різкого спаду зворотнього струму, якщо на границі ООЗ є область, заповнена електронно-дірковою плазмою; характер спаду зворотного струму контролюється процесами "розсмоктування" плазми саме в цій області.При перемиканні відбувається швидке зменшення концентрації плазми в р р-переході, од
План
Вступ 2
Розділ 1. Електрофізичні властивості напівпровідників 3
1.1 Власні й домішкові напівпровідники 3
1.2. Енергетичні діаграми напівпровідників 6
1.3 Силові діоди. 11
Розділ 2. Загальні відомості про напівпровідникові розмикачі струму. 13
Розділ 3. Основні типи напівпровідникових розмикачів струму. 18
3.1. Дрейфовий діод з різким відновленням. 18
3.2. SOS-діоди. 25
3.3. Розмикачі струму на основі карбіду кремнію. 30
Розділ 4. Промислові генератори імпульсів на основі ДДРВ й SOS-діодів. 32