Übergangsdioden

Es gab einige historische Rohöle, aber verwendbar waren einige historische Rohöle, aber verwendbare Halbleitergleichrichter, bevor hochreine Materialien verfügbar waren. Ferdinand Braun erfand 1874 einen Punktkontaktgleichrichter auf der Basis von Bleisulfid, PbS. Kupferoxid-Gleichrichter wurden 1924 als Leistungsgleichrichter verwendet. Der Durchlassspannungsabfall beträgt 0,2 V. Die lineare Kennlinie ist vielleicht der Grund für Cu₂ O wurde als Gleichrichter für die AC-Skala auf D’Arsonval-basierten Multimetern verwendet. Diese Diode ist auch lichtempfindlich.

Selenoxid-Gleichrichter wurden verwendet, bevor moderne Leistungsdioden-Gleichrichter verfügbar wurden. Diese und das Cu₂ O-Gleichrichter waren polykristalline Geräte. Photoelektrische Zellen wurden früher aus Selen hergestellt.

Bevor Halbleiter

Vor der modernen Halbleiterära war eine frühe Diodenanwendung ein Hochfrequenz-Detektor , das Audio aus einem Radiosignal wiederhergestellt hat. Der „Halbleiter“ war ein polykristallines Stück des Minerals Bleiglanz, Bleisulfid, PbS. Ein spitzer Metalldraht, bekannt als Katzenschnurrhaar mit einem Fleck auf einem Kristall innerhalb des polykristallinen Minerals in Kontakt gebracht wurde. (Abbildung unten) Die Bedienungsperson bemühte sich, eine „empfindliche“ Stelle auf dem Bleiglanz zu finden, indem sie den Katzenschnurrbart bewegte. Vermutlich gab es aufgrund der Variabilität der unkontrollierten Verunreinigungen zufällig über den Kristall verteilte P- und N-Flecken. Seltener wurde das Mineral Eisenkies, Narrengold, verwendet, ebenso wie das Mineral Carborundum, Siliziumkarbid, SiC, ein weiterer Detektor, der Teil einer Vermutlich aufgrund der Variabilität der unkontrollierten Verunreinigungen. Seltener wurde das Mineral Eisenkies, Narrengold, verwendet, ebenso wie das Mineral Carborundum, Siliziumkarbid, SiC, ein weiterer Detektor, Teil eines Fuchslochradios , bestand aus einer angespitzten Bleistiftmine, die an eine gebogene Sicherheitsnadel gebunden war und eine rostige Einweg-Rasierklinge mit blauer Klinge berührte. All dies erforderte die Suche nach einer empfindlichen Stelle, die aufgrund von Vibrationen leicht verloren gehen konnte.

Kristalldetektor

Das Ersetzen des Minerals durch einen N-dotierten Halbleiter (Abbildung unten (a) ) macht die gesamte Oberfläche empfindlich, so dass die Suche nach einem empfindlichen Fleck nicht mehr erforderlich ist. Dieses Gerät wurde 1906 von G. W. Pickard perfektioniert. Der spitze Metallkontakt erzeugte eine lokalisierte P-Typ-Region innerhalb des Halbleiters. Die Metallspitze wurde fixiert und die gesamte Punktkontaktdiode gekapselt in einem zylindrischen Körper für mechanische und elektrische Stabilität. (Abbildung unten (d) ) Beachten Sie, dass die Kathodenleiste im Schaltplan der Leiste auf der physischen Verpackung entspricht.

Silizium-Punktkontaktdioden leisteten im Zweiten Weltkrieg einen wichtigen Beitrag zum Radar, indem sie im Radarempfänger hochfrequente Echosignale im Gigahertz-Bereich detektieren. Das zu verdeutlichende Konzept ist, dass die Punktkontaktdiode der Sperrschichtdiode und den modernen Halbleitern um mehrere Jahrzehnte vorausgegangen ist. Bis heute ist die Punktkontaktdiode aufgrund ihrer geringen Kapazität ein praktisches Mittel zur Detektion von Mikrowellenfrequenzen. Germanium-Punktkontaktdioden waren früher leichter verfügbar als heute und werden für die niedrigere Durchlassspannung von 0,2 V in einigen Anwendungen wie Quarzradios mit eigener Stromversorgung bevorzugt. Punktkontaktdioden haben, obwohl sie gegenüber einer großen Bandbreite empfindlich sind, im Vergleich zu Sperrschichtdioden eine niedrige Strombelastbarkeit.

Moderne Dioden

Siliziumdiodenquerschnitt:(a) Punktkontaktdiode, (b) Sperrschichtdiode, (c) schematisches Symbol, (d) Kleinsignaldiodengehäuse.

Die meisten Dioden sind heute Silizium-Sperrschichtdioden. Der Querschnitt in Abbildung oben (b) sieht etwas komplexer aus als ein einfacher PN-Übergang; es ist jedoch immer noch ein PN-Übergang. Beginnend am Kathodenanschluss ist das N ⁺ zeigt an, dass dieser Bereich stark dotiert ist und nichts mit der Polarität zu tun hat. Dies verringert den Serienwiderstand der Diode. Die N ^- Bereich ist leicht dotiert, wie durch (-) angezeigt. Lichtdotierung erzeugt eine Diode mit einer höheren Durchbruchspannung in Sperrrichtung, wichtig für Hochspannungs-Leistungsgleichrichterdioden. Dioden mit niedrigerer Spannung, selbst Niederspannungs-Leistungsgleichrichter, hätten bei stärkerer Dotierung geringere Durchlassverluste. Die stärkste Dotierung erzeugt Zenerdioden, die für eine niedrige Durchbruchspannung in Sperrrichtung ausgelegt sind. Eine starke Dotierung erhöht jedoch den Rückwärtsleckstrom. Das P ⁺ Bereich am Anodenkontakt ist stark dotierter P-Typ-Halbleiter, eine gute Kontaktstrategie. Glasgekapselte Kleinsignal-Sperrschichtdioden sind in der Lage, einen Strom von 10 bis 100 mA zu erzeugen. In Kunststoff oder Keramik gekapselte Leistungsgleichrichterdioden können einen Strom von mehreren Tausend Ampere verarbeiten.

RÜCKBLICK:

• Punktkontaktdioden haben hervorragende Hochfrequenzeigenschaften, die bis in die Mikrowellenfrequenzen hinein verwendbar sind.
• Junction-Dioden reichen in der Größe von Kleinsignaldioden bis hin zu Leistungsgleichrichtern mit mehreren Tausend Ampere.
• Der Dotierungsgrad in der Nähe des Übergangs bestimmt die Rückwärtsdurchbruchspannung. Lichtdotierung erzeugt eine Hochspannungsdiode. Eine starke Dotierung erzeugt eine niedrigere Durchbruchspannung und erhöht den Rückwärtsleckstrom. Zener-Dioden haben aufgrund der starken Dotierung eine niedrigere Durchbruchspannung.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• PN-Kreuzungen-Arbeitsblatt