Signalverarbeitende Dioden

ISBN-13: 9783540111443 / Niemiecki / Miękka / 1982 / 226 str.

G. Kesel; J. Hammerschmitt; E. Lange

Opis

Der hiermit vorliegende Band 8 der Buchreihe "Halbleiter-Elektronik" mit dem Titel "Signalverarbeitende Dioden" solI der Verkntipfung zwischen physikali scher Wirkungsweise dieser Diodenart und ihrer elektrotechnischen Zielsetzung dienen. Aus der Obersicht tiber die Konzeption dieser Buchreihe auf der dritten Umschlagseite geht hervor, daB diesem Band flinf Grundlagenbande vorange gangen sind. Deshalb konnen sich die Autoren ohne Umschweife den speziellen Problem en der nachfolgend genannten Dioden widmen: PIN-Diode, Speicher varaktor, Sperrschichtvaraktor, MIS-Varaktor, Schottky-Diode, Zener-und La winendiode (Z-Dioden). Obwohl bei allgemeinen physikalischen Problemen auf die Grundlagenbande verwiesen wird, ist darauf geachtet worden, daB dieses Buch als Einzeldarstellung lesbar bleibt. Bei jeder aufgeflihrten Diodenart wird der spezielle Wirkungsmechanismus herausgestellt, so daB nicht nur eine Anwendung dargestellt, sondern ein physi kalischer Effekt erlautert wird. In der Einflihrung sind entsprechende Hinweise enthalten. Dieser Band kann also, trotz der speziellen Diodenarten, die beschrie ben werden, auch als Halbleiter-Lehrbuch gelten, da die Darstellung mit den Phanomenen der Transportphysik erlautert wird. Beim "Device-Modelling" kann man deshalb auf die geschilderten Zusammenhlinge zuruckgreifen. Ins gesamt wird die Physik des pn-Oberganges behandelt, seine vielfaltigen Mog lichkeiten werden im einzelnen geschildert. Dabei wird nattirlich die schaltungs technische Umgebung, soweit es flir das Diodenverstandnis erforderlich ist, mit berucksichtigt."

Spis treści

1 Einführung.- 1.1 Der Begriff „Halbleiterdiode“ (Gliederung).- 1.2 Die Gruppe der injizierenden Dioden.- 1.3 Die Gruppe der nichtinjizierenden Dioden.- 2 Die PIN-Diode.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Statische Kennlinie.- 2.2.1 Flußcharakteristik der psn-Struktur.- 2.2.2 Sperrkennlinie der psn-Struktur.- 2.3 Kleinsignalaussteuerung.- 2.3.1 Kleinsignalimpedanz in Flußrichtung.- 2.3.2 Kleinsignalimpedanz in Sperrichtung.- 2.4 Großsignalaussteuerung.- 2.4.1 Speicherschalteffekt (Schaltdiode).- 2.4.2 Quasineutrale Ladungsspeicherung.- 2.5 Anwendungen der PIN-Diode.- 2.5.1 RF-Schalter.- 2.5.2 Variabler Hochfrequenzwiderstand (Varistor) und Modulator.- 2.5.3 Grenzleistungen der PIN-Diode.- 2.5.4 PIN-Dioden als passive Begrenzer.- 2.6 Technologischer Aufbau von PIN-Dioden.- Literatur zu Kapitel 2.- 3 Der Speichervaraktor.- 3.1 Einleitung.- 3.2 Schaltverhalten.- 3.2.1 Schaltverhalten der idealen pin-Struktur.- 3.2.2 Schaltverhalten der realen psn-Struktur (Step-recovery-Diode).- 3.3 Dynamisches Aussteuerungsmodell des realen Speichervaraktors.- 3.3.1 Stromverlauf.- 3.3.2 Spannungsverlauf.- 3.4 Betriebskenngrößen des Vervielfachers mit realem Speichervaraktor.- 3.4.1 Grundwellenimpedanz als Funktion von Aussteuerung, Varaktorgeometrie und Frequenz.- 3.4.2 Verlustbetrachtung bei breitbandigem Oberwellenabschluß.- 3.5 Funktionsmodell des Frequenzvervielfachers mit realem Speichervaraktor.- 3.6 Grenzleistung und Konversionsverlust in Vervielfachern.- 3.6.1 Konversionsverlust.- 3.6.2 Grenzleistung.- 3.7 Grenzfrequenzen.- 3.8 Technologie der Varaktordiode.- 3.8.1 Aufbauprinzipien.- 3.8.2 Siliziumspeichervaraktoren in Mesatechnologie.- Literatur zu Kapitel 3.- 4 Der Sperrschichtvaraktor.- 4.1 Einleitung.- 4.2 Dotierungsprofil und Raumladungsweite.- 4.3 Kapazität als Funktion der Spannung.- 4.4 Kapazitätshub.- 4.5 Durchbruchspannung.- 4.6 Ersatzschaltbild und Güte.- 4.7 Temperaturverhalten.- 4.7.1 Parallelwiderstand.- 4.7.2 Sperrschichtkapazität.- 4.7.3 Kompensation der Temperaturabhängigkeit.- 4.8 Anwendung von Kapazitätsdioden.- Literatur zu Kapitel 4.- 5 Der MIS-Varaktor.- 5.1 Struktur und Zustände des MIS-Varaktors.- 5.2 Quasistatisches Verhalten.- 5.3 Dynamisches Verhalten.- 5.4 Dotierungsabhängigkeit.- 5.5 Temperaturabhängigkeit.- 5.6 Anwendung.- 5.6.1 Digitale Phasenschieber und Kapazitätsschalter.- 5.6.2 MIS-Abstimmvaraktoren.- 5.6.3 MIS-Frequenzvervielfacher.- Literatur zu Kapitel 5.- 6 Schottky-Diode.- 6.1 Einleitung.- 6.2 Metall-Halbleiter-Potentialbarrieren.- 6.2.1 Schottky-Barriere.- 6.2.2 Bildkraftbarriere und Spiegelpotential.- 6.2.3 Bardeen-Barriere.- 6.2.4 Barrierenhöhen als Mischform zwischen Schottky- und Bardeen-Theorie.- 6.2.5 Das System Halbleiter mit Oberflächenzuständen und Metallkontakt.- 6.2.6 Die Barrierenhöhe unter der Einwirkung von Zwischenschichten und Grenzflächenzuständen.- 6.2.7 Temperaturabhängigkeit der Barrierenhöhe.- 6.2.8 Oberflächenzustandsdichte von Metall-Halbleiter-Systemen.- 6.3 Der stromdurehflossene Metall-Halbleiter-Kontakt.- 6.3.1 Thermionisches Emissionsmodell (Diodentheorie).- 6.3.2 Diffusionsstrom-bestimmtes Emissionsmodell.- 6.3.3 Feldabhängiges Diffusions-Emissions-Modell.- 6.3.4 Phononenwechselwirkung.- 6.3.5 Quantenmechanische Reflexion und Transmission.- 6.3.6 Zusammenfassendes Feldemissions-Diffusions-Modell.- 6.4 Ersatzschaltbild und Rauschen.- 6.4.1 Schrotrauschen der Sperrschicht.- 6.4.2 Einfluß des Exzeßrauschens und des Serienwiderstandes.- 6.5 Aufbau und Technologie der Schottky-Dioden.- 6.5.1 Die reine Schottky-Diode.- 6.5.2 Die hybride Schottky-Diode.- 6.5.3 Bauformen von Schottky-Dioden.- 6.6 Anwendung von Schottky-Dioden.- 6.6.1 Die Schottky-Diode als RF-Detektor.- 6.6.2 Empfangsmischer.- Literatur zu Kapitel 6.- 7 Zener- und Lawinen-Diode (Z-Diode).- 7.1 Einführung.- 7.2 Gleichstromverhalten.- 7.3 Durchbruchsmechanismen.- 7.4 Stoßionisation (Lawinendiode).- 7.4.1 Lawinendurchbruch.- 7.4.2 Temperaturverhalten.- 7.4.3 Innenwiderstände.- 7.5 Feldemission (Zener-Diode).- 7.5.1 Zener-Effekt (Tunneldurchbruch).- 7.5.2 Temperaturabhängigkeit.- 7.6 Die Z-Diode als hybrides Bauelement zwischen Lawinen-und Zener-Diode.- 7.7 Technologische Designkriterien.- 7.8 Anwendung von Z-Dioden.- Literatur zu Kapitel 7.- 8 Anhang.- 8.1 Boltzmann-Gleichgewicht.- 8.2 Effektive Zustandsdichte.- 8.3 Boltzmann-Gleichgewicht und effektive Zustandsdichte beim Metall-Halbleiter-Übergang (thermionisches Emissionsmodell).- 8.4 Schottky-Approximation.- 8.5 Allgemeiner Lösungsansatz für die Großsignalanalyse bei injizierenden Dioden.- 8.6 Lebensdauer.

O autorze

Eckhard Lange ist Präsident der Werner-Bergengruen-Gesellschaft. Nach Studium der Germanistik und Philosophie in Tübingen, München und Freiburg zunächst Zeitungsvolontär in Regensburg und Rundfunkvolontär in Freiburg und Baden-Baden, dann freier Journalist, Autor zahlreicher Hörfunkfeatures, Kunst- und Theaterkritiken, Verlagslektor; zuletzt bis zur Fusion mit dem Süddeutschen Rundfunk Abteilungsleiter beim Südwestfunk in Baden-Baden.