Diode Semiconductoare

Argument

Dispozitivele electronice sunt acele componente ale circuitelor electrice a căror comportare se bazează pe controlul mişcării purtătorilor de sarcina electrica în corpul solid (dispozitivele semiconductoare), în gaze (tuburile ionice) sau în vid (tuburile termo-electronice). Conductia electrica prin aceste dispozitive se bazează pe mecanismul electronic în regim electrocinetic, al mişcării purtătorilor de sarcina elementara: electroni liberi si goluri, în câmpul electromagnetic, ceea ce face ca dispozitivele electronice sa fie elemente neliniare, atribut pe care se bazează aproape toate aplicaţiile de procesare a semnalelor realizata de circuitele electronice. Caracterul neliniar al dispozitivelor electronice poate fi descris cantitativ prin: caracteristicile statice, parametrii dinamici, parametrii statici, parametrii de comutaţie, scheme echivalente, frecvente limita, caracteristici de frecventa etc. Deşi, de cele mai multe ori, aceşti parametri sunt indicaţi de fabricant pentru diversele tipuri de dispo¬zitive electronice, se impune - chiar în repetate rânduri - măsurarea dispozitivelor electronice ale diferitelor montaje, motivele necesitaţii efectuării acestor măsurări fiind numeroase: lipsa unei depline reproductivitati a dispozitivelor electronice (chiar daca fac parte din aceeaşi "şarja" de fabricaţie), diferentele posibil sa existe între parametrii consideraţi la proiectarea circuitului si cei ai dispozitivelor efectiv utilizate la realizarea circuitului, încadrarea montajelor de acelaşi fel în performantele declarate, îmbătrânirea dispozitivelor (mai ales la cele cu semiconductoare) etc.

În cadrul acestui proiect vor fi prezentate numai măsurările ce se efectuează în mod uzual asupra dispozitivelor semiconductoare (diode semiconductoare)

Pentru aceste măsurări exista scheme si aparate cu caracter general, dar si metode si mijloace specializate, ceea ce va fi evidenţiat în cele ce vor urma.

Dezvoltarea industriei electronice în ţara noastră reprezintă un obiectiv foarte important al dezvoltării întregii economii naţionale. În cadrul industriei electronice, producţia bunurilor de larg consum ocupă un domeniu aparte. Ca¬racteristic acestora este producţia lor în cantităţi foarte mari, pe linii de fabri¬caţie specializate, cu productivităţi ridicate şi la un nivel tehnic şi calitativ înalt.

Diversificarea produselor desfăcute pe piaţa internă creşte de la an la an. Numărul producătorilor de bunuri de larg consum electronice, a crescut, iar problemele puse în faţa producătorilor se înmulţesc mereu. Una din problemele importante, care preocupă în egală măsură atât pe conducătorii cât si pe execu¬tanţii din industria electronică de bunuri de larg consum, este pregătirea pro¬fesională.

Lucrarea prezentă este structurată pe trei capitole se adresează, înainte de toate elevilor de profil electronică precum şi lucrătorilor în domeniu.. De asemenea este utilă celor care doresc să se iniţieze în acest domeniu relativ nou de activitate.

Ideea care a stat la baza elaborării acestei lucrări a fost sintetizarea şi concentrarea cunoştinţelor tehnice necesare elevilor ce au acest profil..

Lucrările de construcţie a aparatelor electronice cuprind operaţii de asam¬blare, reglare şi depanare. Operaţiile de asamblare pot fi: capsări, montări de piese, montări de subansamble, lipituri, înşurubări etc. Reglajele care sunt în marea lor majoritate reglaje electrice au ca principal scop obţinerea parame¬trilor electrici ceruţi de norma produsului, pentru asigurarea performanţelor tehnice ale produsului finit.

Efectuarea reglajelor impune cunoaşterea construcţiei interne, a funcţio¬nării şi manipulării aparaturii electrice de măsură şi control, citirea schemelor de principiu.

Dacă, după operaţiile de asamblare şi reglare, apar defecţiuni, acestea vor fi înlăturate de depanator. De asemenea şi după vânzarea produsului, la utiliza¬tor pot apărea defecţiuni, care vor fi remediate tot de depanatori.

Operaţiile de asamblare de reglare, depanare şi control, sunt operaţii esenţiale în formarea elevilor ca viitori specialişti în domeniul electronicii şi telecomunicaţiilor.

Dificultăţile de reglaj şi depanare cresc, cu cât frecvenţele semnalelor uti¬lizate sunt mai ridicate, cu cât clasa de calitate a produsului este mai înaltă şi aparatura de măsură şi control utilizată este mai complicată.

Cap I : Structura semiconductoarelor

Asemănarea fundamentală între cele trei categorii enunţate constă în faptul că toate au structură internă bazată pe atomi, constituiţi la rândul lor din nucleu şi electroni, în nucleu este concentrată practic masa întregului atom şi este încărcat pozitiv, electronii ce gravitează în jurul nucleului avînd o sarcină negativă care compensează, ca valoare, încărcarea pozitivă a nucle¬ului, atomul apărând astfel ca neutru din punct de vedere electric. Conform principiilor stabilite în fizica atomică, electronii pot ocupa numai orbite ca¬racterizate prin distanţe bine definite faţă de nucleu energia pe care o posedă depinzînd de aceste poziţii. Cu cât orbita lor este mai departe de nucleu, forţele de legătură cu acesta sunt mai slabe şi deci ei pot fi îndepărtaţi mai uşor prin aplicarea unei energii exterioare.

Deoarece aceşti electroni periferici dau valenţa elementului, ei se numesc electroni de valenţă. Totalitatea valo¬rilor energetice, ce caracterizează electronii din structura unui element, con¬stituie banda sa energetică de valenţă.Prin aplicarea unei energii exterioare ce depăşeşte o valoare minimă caracteristică, un număr de electroni din banda de valenţă pot fi smulşi, devenind astfel electroni liberi.

Sub influenţa unui cîmp electric exterior care îi dirijează, ei formează curentul electric. Deoarece prin ei se asigură conductibilitatea elementului, în condiţia în care ei capătă o anumită energie, banda energetică care îi caracte¬rizează se numeşte bandă de. conducţie. În diagramele energetice ale tuturor elementelor(a-conductoare,b-semiconductoare şi c-izolante) există cele două benzi energetice, de valenţă şi de conducţie. Faptul, că orice material poate deveni conductor, în anumite condiţii, şi că aceasta se asigură prin trecerea unui electron din banda de valenţă în banda de conducţie,constituie principala trăsătură comună a celor trei categorii de elemente.

Deosebirile intervin la stabilirea condiţiilor menţionate, mai precis în găsirea energiei minime necesare trecerii electronilor dintr-o bandă în alta. în adevăr, se constată că dacă la metale aceasta are o valoare extrem de mică, la semiconductoare ea trebuie să depăşească o valoare minimă, aproximativ de l eV (0,7 eV Ia Ge, 1,1 eV la Si), iar la materia¬lele izolante (de exemplu, la diamant) ordi¬nul de mărime al acestei energii minime de¬venind 6—7 e V.

În cazul în care energia exterioară este sub valoarea minimă carac¬teristică, electrozii sunt îndepărtaţi pentru un timp foarte scurt din banda de valenţă, după care revin, emiţînd o radiaţie corespun¬zătoare energiei primite. Această situaţie este ilustrată în diagrama energetică prin prezenţa, la semiconductoare şi la izolante, a unei benzi numite interzisă, situată între banda de valenţă şi cea de conducţie. Lăţimea ei, exprimată în eV, dă valoarea energ;ei minime impuse. Se constată că la izolante această bandă este mult mai mare decât la semiconductoare.

Materialele ale căror aplicaţii vor fi studiate mai departe sunt semicon¬ductoarele, cu reprezentanţi caracteristici -siliciul şi germaniul, ambele tetravalente, deci avînd patru electroni de valenţă pe ultimul strat.

Studiind aceste elemente şi cornparându-le cu metalele, în afara obser¬vaţiilor făcute mai înainte, se mai pot constata şi alte deosebiri.