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階躍恢復二極體

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階躍恢復二極體,在存儲電荷消失之後(t=ts時)反向電流突然降為0,即消除了關斷時的反向電流拖尾。這種二極體不僅具有極短的下降時間,而且也具有很好的正嚮導電性能。

  階躍恢復二極體的特性:在存儲電荷消失之後(t=ts時)反向電流突然降為0,即消除了關斷時的反向電流拖尾。這種二極體不僅具有極短的下降時間,而且也具有很好的正嚮導電性能。正因為這種很好的正嚮導電性,所以它在正向電壓時將會存儲大量的少數載流子電荷,同時關斷的存儲時間也較長。由於階躍恢復二極體在正向工作時將存儲有大量的少數載流子電荷,所以它是一種很好的所謂電荷存儲二極體

  如何實現階躍恢復二極體在關斷過程中的下降時間tf≈0?基本的考慮應該是:當存儲時間ts結束后,在p-n結勢壘區邊緣處的少數載流子濃度梯度需要變為0。這可採用在擴散區中設置由勢壘區指向擴散區的內建電場來達到。因為這種方向的內建電場雖然對於少數載流子的正向擴散具有加速作用,但是對於反向的擴散卻具有阻擋作用,即在p-n結關斷時具有拉住少數載流子、不讓它們流入勢壘區的作用;這樣一來,在全部存儲的少數載流子消失之前,在勢壘區邊緣處的少數載流子濃度不可能變為0,於是就必能得到dp/dx=0,即反向擴散電流很快下降到0,所以下降時間tf≈0。階躍恢復二極體中的內建電場可通過不均勻的摻雜技術來引入。實際上,該二極體在結構上往往就是界面附近處的摻雜濃度分佈非常陡峭的p-i-n結(通常可採用外延技術來形成)。因為階躍恢復二極體具有這種較為特殊的、與變容二極體相似的雜質濃度分佈,所以該二極體也可以看成是一種特殊的變容二極體。

  如何製作階躍恢復二極體?所採用的Si,往往是少數載流子壽命較長的材料(0.5~5μs),用以獲得較多的存儲電荷;而在製作快恢復二極體時,為了減短存儲時間,所採用的Si材料的少數載流子壽命都是很短的(比階躍恢復二極體的約短1000倍)。

  階躍恢復二極體的直流伏安特性與一般p-n結的相同;一般,其正向壓降較低,反向擊穿電壓較高(採用p-i-n結構之故)。但它在瞬態響應上非常特殊,由於其下降時間≈0,關斷時電流的變化很急速(電流波形陡峭),因此它是一種具有高度非線性特性的電抗元件,所以在電路應用中能夠產生出豐富的諧波分量。從而,階躍恢復二極體可用於倍頻器、高速脈衝整形與發生器以及高頻諧波發生器等。在用作倍頻器時,在高達20次倍頻中仍然能夠保持較高的效率,故它是一種優良的微波倍頻元件。

  當然,如果能夠做到不僅存儲時間很短,而且下降時間也像階躍恢復二極體那樣近似為0,則這種二極體就必然是極其優良的超高速開關二極體。
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