Епітаксіальні діоди

3.4 Епітаксіальні діоди

Слово «епітаксія» має грецьке походження: «епі» означає «на» і «таксіс» - «розташовано в порядку». Епітаксією називають метод вирощування шляхом хімічної реакції на поверхні кристалу тонких шарів напівпровідникових матеріалів зі збереженням кристалічної структури первинного кристалу. Таким методом на поверхні сильнолегованої низькоомної підкладки вирощують високоомні епітаксіальні шари, добиваючись бажаних електричних властивостей та механічної міцності.

Епітаксіальний метод виготовлення напівпровідникових приладів відрізняється від дифузійного тим, що в ньому не відбувається змін фізичних властивостей основного матеріалу підкладки. Використовуючи епітаксіальну технологію, можна отримувати на одній підкладці декілька поверхневих шарів, товщина та опір яких легко регулюється.

Для отримання низького опору бази діода первинний кристал напівпровідника обирають з меншим питомим опором. Однак при цьому

виходить мала ширина p-n переходу, мала пробивна напруга і велика бар’єрна ємність. Щоб уникнути цього, базу діода іноді роблять двошаровою(рис3.4).

Рисунок 3.4 – Епітаксіально - дифузійний планарний діод

Епітаксіальні шари можна отримувати методом вирощування з газової фази або напиленням у вакуумі. При осадженні речовини з газової фази початковим матеріалом служат тетрахлорід () і тетрабромід () кремнія, трихлорсілан () та інші з'єднання, які відновлюються воднем, який одночасно виконує роль газа-носія.

Основна реакція, за допомогою якої на підкладці нарощують кремнієві шари, складається з відновлення тетрахлорсілана в водні:

 (твердий) + 4HCl (газ).

Звичайно кремнієві шари вирощують зі швидкістю  при температурі 1200ºС й вище.

Напилення шарів у вакуумі полягає у принципі локального нагріву та випаровуванні напівпровідника і легуючої речовини з подальшим осадженням їх парів на нагріті підкладки.

Також широко використовується рідинна епітаксія.

Епітаксіальні p-i-n структури можуть виготовлятися двома способами. Структури з товщиною бази 100 мікрометрів і вище виготовляються шляхом епітаксіального нарощування p+ шару на одну сторону і n+ шару на другу сторону високоомної підкладки, яка надалі виконує роль бази. Структури з тонкими базами виготовляють шляхом нарощування на товстій n+ або p+ підкладці тонкого високоомного базового шару, а потім p+ або n+ шари. У будь-якому випадку характерним для епітаксіального процесу є те, що профіль легування нарощуваних шарів однорідний, перехід від шару до шару різкий, не симетричний , гальмуюче поле в базі, яке присутнє в дифузійних структурах, відсутнє. Тому в режимі перемикання епітаксіальні структури поводяться як площинні сплавні діоди, тобто для них справедливі вирази (3.2),(3.7),(3.9).

4. Експерименти по визначенню заряду перемикання досліджуваних діодів

4.1 Експериментальна установка

Для виконання експериментальних робіт використовується установка, схема якої зазначена на рис 4.1

Рисунок 4.1 - Лабораторна установка для виміру заряду перемикання Qп і спостереження осцилограм напруги і струму при перемикання діода з прямого струму на зворотну напругу

Оскільки основним завданням роботи є вимірювання заряду перемикання, то всі вимірювання приводились при замкнутому ключі , та ключі  переведеному в положення А. В якості діодів  і  використовуються діоди КД510. Розраховані на максимально постійному прямому струмі 200 мА та на прямому імпульсному струмі 1,5 А.

Вимірювання заряду перемикання, як відомо, передбачає виведення накопиченого в досліджуваному діоді заряду в зовнішнє коло необмежено великим струмом при опорі зовнішнього кола близько "0". Наявність конденсатора  у вимірювальній схемі дійсно зводить опір зовнішнього кола в момент виведення накопиченого заряду практично до "0". Але за законом Ома струм у колі навіть при нульовому опорі зовнішнього кола не є нескінченим, а визначається внутрішнім опором джерела ЕРС, в нашому випадку це емітерний підсилювач – блок , з вихідним опором 50 Ом. Тому при максимальній вихідній напрузі 50 В, максимальний струм у колі не буде перевищувати 1 А, що узгоджується з параметрами досліджу вального діода.