| 8406202 9216 1210 912 1и гамма-излучения. Дрейфовые германий-литиевые плоские (планарные) П. д. применяются для регистрации у-квантов с энергией в неск. сотен кзв. Для регистрации у-квантов с энергией до 10 Мэв используются коаксиальные германий-литиевые детекторы (рис., в) с чувствит. объёмом достигающим 100 см3. Эффективность регистрации у-квантов с энергией < 1 Мэв ~ десятков % и падает при энергиях >10 Мэв до 0,1-0,01%. Для частиц высоких энергий, пробег к-рых не укладывается в чувствит. области, П. д. позволяют, помимо акта регистрации частицы, определить удельные потери энергии d^/dx, а в нек-рых приборах координату х частицы (позиционно-чувствит. П. д.).
Недостатки П. д.: малая эффективность при регистрации у-квантов больших энергий; ухудшение разрешающей способности при загрузках > 104 частиц в сек, конечное время жизни П. д. при высоких дозах облучения из-за накопления радиационных дефектов (см. Радиационные дефекты в кристаллах). Малость размеров доступных монокристаллов (диаметр ~3 см, объём ~ 100 см3) ограничивает применение П. д. в ряде областей.
Дальнейшее развитие П. д. связано с получением "сверхчистых" полупроводниковых монокристаллов больших размеров и с возможностью использования GaAs, SiC, CdTe (см. Полупроводниковые материалы). П. д. широко применяются в ядерной физике, физике элементарных частиц, а также в химии, геологии, медицине и в пром-сти.
Лит.: Полупроводниковые детекторы ядерных частиц и их применение, М., 1967; Дирнли Дж., Нортроп Д., Полупроводниковые счетчики ядерных излучений, пер. с англ., М., 1966; Полупроводниковые детекторы ядерного излучения, в сб.: Полупроводниковые приборы и их применение, в. 25, М., 1971 (Авт.: Рыбкин С. М., Матвеев О. А., Новиков С. Р.,Строкан Н. Б.). А. Г. Беда, В. С. Кафтанов.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД, двухэлектродный электронный прибор на основе полупроводникового (ПП) кристалла. Понятие "П. д." объединяет различные приборы с разными принципами действия, имеющие разнообразное назначение. Система классификации П. д. соответствует общей системе классификации полупроводниковых приборов. В наиболее распространённом классе электропреобразоват. П. д. различают: выпрямит, диоды, импульсные диоды, стабилитроны, диоды СВЧ (в т. ч. видеодетекторы, смесительные, параметрические, усилительные и генераторные, умножительные, переключательные). Среди оптоэлектронных П. д. выделяют фотодиоды, светоизлучающие диоды и ПП квантовые генераторы.
Наиболее многочисленны П. д., действие к-рых основано на использовании свойств электронно-дырочного перехода (р-n-перехода). Если к р-га-переходу диода (рис. 1) приложить напряжение в прямом направлении (т. н. прямое смещение), т. е. подать на его р-область положит. потенциал, то потенциальный барьер, соответствующий переходу, понижается и начинается интенсивная ин-жекция дырок из р-области в я-область и электронов из n-области в р-область -течёт большой прямой ток (рис. 2). Если приложить напряжение в обратном направлении (обратное смещение), то потенциальный барьер повышается и через р - n-переход протекает лишь очень малый ток неосновных носителей заряда (обратный ток). На рис. 3 приведена эквивалентная схема такого П. д.
На резкой несимметричности вольтам-перной характеристики (ВАХ) основана работа выпрямительных (силовых) диодов. Для выпрямит. устройств и др. сильноточных электрич. цепей выпускаются выпрямит. П. д., имеющие допустимый выпрямленный ток Iв до 300 а и макс, допустимое обратное напряжение U*обр. от 20-30 в до 1-2 кв. П. д. аналогичного применения для слаботочных цепей имеют Iв<0,1а и наз. универсальными. При напряжениях, превышающих U*обр, ток резко возрастает, и возникает необратимый (тепловой) пробой р-n-перехода, приводящий к выходу П. д. из строя. С целью повышения U*обр до неск. десятков кв используют выпрямительные столбы, в к-рых неск. одинаковых выпрямит. П. д. соединены последовательно и смонтированы в общем пластмассовом корпусе. Инерционность выпрямит. диодов, обусловленная тем, что время жизни инжектированных дырок (см. Полупроводники) составляет > 10-5 -10-4 сек, ограничивает частотный предел их применения (обычно областью частот 50-2000 гц).
Использование спец. технологич. приёмов (гл. обр. легирование германия и кремния золотом) позволило снизить время переключения до 10-7-10-10 сек и создать быстродействующие импульсные П. д., используемые, наряду с диодными матрицами, гл. обр. в слаботочных сигнальных цепях ЭВМ.
При невысоких пробивных напряжениях обычно развивается не тепловой, а обратимый лавинный пробой р - я-перехода - резкое нарастание тока при почти неизменном напряжении, наз. напряжением стабилизации Ucт. На использовании такого пробоя основана работа полупроводниковых стабилитронов. Стабилитроны общего назначения с Ucт. от 3-5 в до 100-150 в применяют гл. обр. в стабилизаторах и ограничителях постоянного и импульсного напряжения; прецизион. стабилитроны, у к-рых встраиванием компенсирующих элементов достигается исключительно высокая температурная стабильность Ucт. (до 1*10-5 -5-10-6 К-1),- в качестве источников эталонного и опорного напряжений.
В предпробойной области обратный ток диода подвержен очень значит, флуктуа-циям; это свойство р-n-перехода используют для создания генераторов шума. Инерционность развития лавинного пробоя в р-n-переходе (характеризующаяся временем 10-9 -10-10сек) обусловливает сдвиг фаз между током и напряжением в диоде, вызывая (при соответствующей схеме включения его в электрич. цепь) генерирование СВЧ колебаний. Это свойство успешно используют в лавинно-пролётных полупроводниковых диодах, позволяющих осуществлять генераторы с частотами до 150 Ггц.
Рис. 1. Структурная схема полупроводникового диода с р -n-переходом: 1- кристалл; 2 - выводы (токоподводы); 3 -электроды (омические контакты); 4 - плоскость р - n-перехода.
Рис. 2. Типичная вольтамперная характеристика полупроводникового диода с р - n-переходом: U - напряжение на диоде; 1 - ток через диод; Uобр и I*обр - максимальное допустимое обратное напряжение и соответствующий обратный ток; UСТ - напряжение стабилизации.
Рис. 3. Малосигнальная (для низких уровней Сигнала) эквивалентная схема полупроводникового диода с р - п- переходом: rр_п - нелинейное сопротив-ление р- n-перехода; r6 - сопротивление объёма полупроводника (базы диода); rут - сопротивление поверхностных утечек; Св - барьерная ёмкость р -n-перехода; Сдиф - диффузионная ёмкость, обусловленная накоплением подвижных зарядов в базе при прямом напряжении; Ск - ёмкость корпуса; LK - индуктивность токоподводов; А и Б - выводы. Сплошной линией показано подключение элементов, относящихся к собственно р - n-переходу.
Рис. 4. Вольт-амперные характеристики туннельного (1) и обращённого (2) диодов; U - напряжение на диоде; I - ток через диод.
Для детектирования и преобразования электрич. сигналов в области СВЧ используют смесительные П. д. и видеодетекторы, в большинстве
к-рых р-n-переход образуется под точечным контактом. Это обеспечивает малое значение ёмкости СБ (рис. 3), а специфическое, как и у всех СВЧ диодов, конструктивное оформление обеспечивает малые значения паразитных индуктивности LK и ёмкости Ск и возможность монтажа диода в волноводных системах.
При подаче на р-n-переход обратного смещения, не превышающего U*обр, он ведёт себя как высокодобротный конденсатор, у к-рого ёмкость СБ зависит от величины приложенного напряжения. Это свойство используют в варикапах, применяемых преим. для электронной перестройки резонансной частоты колебат. контуров, в параметрических полупроводниковых диодах, служащих для усиления СВЧ колебаний, в варакто-рах и умножительных диодах, служащих для умножения частоты колебаний в диапазоне СВЧ. В этих П. д. стремятся уменьшить величину сопротивления Тб (осн. источник активных потерь энергии) и усилить зависимость ёмкости Св от напряжения U*обр.
У р-n-перехода на основе очень низ-коомного (вырожденного) полупроводника область, обеднённая носителями заряда, оказывается очень тонкой (~10-2 мкм), и для неё становится существенным туннельный механизм перехода электронов и дырок через потенциальный барьер (см. Туннельный эффект). На этом свойстве основана работа туннельного диода, применяемого в сверхбыстродействующих импульсных устройствах (напр., мультивибраторах, триггерах), в усилителях и генераторах колебаний СВЧ, а также обращённого диода, применяемого в качестве детектора слабых сигналов и смесителя СВЧ колебаний. Их ВАХ (рис. 4) существенно отличаются от ВАХ других П. д. как наличием участка с "отрицательной проводимостью", ярко выраженной у туннельного диода, так и высокой проводимостью при нулевом напряжении.
К П. д. относят также ПП приборы с двумя выводами, имеющие неуправляемую четырёхслойную р - n- р - n-структуру и наз. динисторами (см. Тиристор), а также приборы, использующие объёмный эффект доменной неустойчивости в ПП структурах без р-n-перехода - Ганна диоды. В П. д. используют и др. разновидности ПП структур: контакт металл - полупроводник (см. Шотки эффект, Шотки диод) и р-i-n-структуру, характеристики к-рых во многом сходны с характеристиками р-n-перехо |
