6.6. Impulsiniai diodai

Impulsiniai diodai naudojami impulsinės technikos įtaisuose. Impulso frontai išlieka statūs, jeigu grandinės praleidžiamųjų dažnių juosta plati. Taigi impulsiniai diodai turi būti aukštadažniai.

Kad išsiaiškintume puslai­dininkinio diodo impulsinės veiksenos ypatumus, panagri­nėkime diodu tekančią srovę, kai, veikus tiesioginei įtampai, staiga pakeičiamas įtampos poliškumas (6.12 pav., a).

Sakykime, kad priemaišų koncentracija diodo n srityje – emiteryje – daug kartų didesnė už priemaišų koncentraciją p srityje – bazėje. Tada, veikiant tiesioginei įtampai, vyksta elektronų difuzija per pn sandūrą ir jų injekcija į bazę. Tekant tiesioginei srovei, pn sandūroje ir diodo bazėje yra daug nepusiausvirųjų skylių ir elektronų (6.13 pav.).

Todėl laiko momentu  staiga pasikeitus įtampos poliškumui, per sandūrą teka stipri atgalinė srovė (6.12 pav., b). Šios sro­vės stiprį riboja tik diodo bazės ir grandinės, kurioje diodas įjungtas, varžos. Tekant stipriai atgalinei srovei, elektronai, kaip šalutiniai krūvininkai, ekstrahuojami (ištraukiami, išsiurbiami) iš bazės, ir pn sandūra plečiasi. Tuo pat metu, žinoma, vyksta ir rekombinacija. Dėl šių reiškinių nepusiausvirųjų krūvininkų mažėja, ir, praėjus tam tikram laikui , diodo atgalinė srovė pradeda silpnėti (6.12 pav., b).

Prabėgus laikui , nepusiausvirųjų krūvininkų koncentracija pn sandūros aplinkoje sumažėja ir atsikuria didelė diodo atgalinė varža. Iš aptarimo aišku, kad diodas gali atlikti ventilio funkcijas tik tuomet, kai atgalinės įtampos impulso trukmė daug ilgesnė už laiko tarpą , per kurį atsikuria sandūros atgalinė varža.

Siekiant pagreitinti atgalinės varžos atsistatymą ir padidinti impulsinių diodų veikimo spartą, reikia mažinti pn sandūros difuzinę talpą. Tai galima padaryti mažinant krūvininkų gyvavimo trukmę ir šalutinių krūvininkų bazėje sukurtą krūvį.

Siekiant sumažinti krūvininkų gyvavimo trukmę, puslaidininkis legiruojamas specialiomis priemaišomis, dažniausiai auksu. Aukso atomai įsiterpia tarp puslaidininkio kristalinės gardelės mazgų. Dėl susidariusių gardelės defektų sumažėja krūvininkų laisvasis kelias ir gyvavimo trukmė.

Šalutinių krūvininkų ekstrakcijos trukmę pavyksta sumažinti pn darinių gamyboje taikant difuzinę bei epitaksinę-difuzinę technologijas. Difuzinio diodo bazėje dėl netolygaus priemaišų pasiskirstymo susikuria elektrinis laukas, stabdantis šalutinių krūvininkų difuziją. Tada šalutiniai krūvininkai kaupiasi prie pn sandūros. Pradėjus veikti atgalinei įtampai, jie greičiau ekstrahuojami. Epitaksijos ir difuzijos būdu sudarytuose n⁺n^–p dariniuose silpnai legiruotas bazės sluoksnis yra plonas. Tekant difuzinei srovei, krūvininkai šį sluoksnį greitai įveikia ir n⁺ srityje greitai rekombinuoja. Kai prie pn sandūros nepusiausvirasis krūvis mažesnis, jis greičiau ekstrahuojamas.

Didele veikimo sparta pasižymi Šotkio diodai. Kaip jau žinome, jiems būdinga labai vertinga savybė: tekant tiesioginei srovei, įveikę metalo-puslaidininkio sandūrą puslaidininkio elektronai patenka į metalą, taigi nėra šalutinių krūvininkų injekcijos ir kaupimo.

Impulsinių diodų veikimo sparta priklauso ir nuo barjerinės talpos. Todėl pageidautina, kad impulsinio diodo pn sandūros plotas būtų mažas.

Impulsiniams diodams keliamus reikalavimus geriausiai tenkina taškiniai, mikrolydytiniai diodai, difuziniai mezadiodai, epitaksiniai-difuziniai planarieji diodai, Šotkio mezadiodai.

Kadangi dėl stabdančio elektrinio lauko difuziniuose dioduose šalutiniai krūvininkai kaupiasi ploname bazės sluoksnyje, pasibaigus šalutinių krūvininkų ekstrakcijai, atgalinė srovė staiga silpnėja. Ši difuzinių diodų savybė panaudojama formuoti impulsams su labai trumpais frontais. Tam tikslui skirti diodai vadinami krūvio kaupimo diodais. Krūvio kaupimo diodų pn dariniai formuojami taikant difuzinę, epitaksinę-difuzinę bei planariąsias technologijas.