Hrotové diody běžného provedení se vyrábějí z germania typu N o měrném odporu kolem 0,005 až 0,05 W.m. Základní destička polovodiče je čtvercová o rozměrech zhruba 1,5×1,5 mm. Destičky se nejprve hromadně postříbří, pak se přiletují cínem k držáku. Vrchní plocha se zbaví stříbrného povlaku leptáním a k ní se připojí esovitě zahnutý wolframový zahrocený držák často pokrytý indiem. Požadovaných elektrických vlastností se dosáhne formováním elektrickým impulsem (o velikosti až 1 A) v přímém směru. Pod hrotem se vyvíjí značné teplo a pozmění se struktura krystalu na styku s kovem. Vzniklé dislokace způsobují, že se tato malá oblast pod hrotem chová jako polovodič typu P. Je to tedy dioda s přechodem PN, wolframový hrot tvoří pouze mechanický kontakt s oblastí P. Formování je choulostivý proces, protože jde o násilné vytvoření dislokací teplem, nikoliv o jasně definované oblasti P. Wolframový hrot musí být přesně zaostřen (provádí se elektrolyticky). Vhodnou volbou elektrolytu a proudové hustoty se dá dosáhnout požadované kuželovitosti a poloměru hrotu, který je několik mikrometrů.
Průběh VA charakteristiky lze popsat vztahem:
kde nasycený proud Is nabývá hodnot 0,1 až 0,25 mA a teplotní napětí UΘ až 200 mV.
Rozdíl od teoretického výpočtu se vysvětluje tím, že hradlová vrstva má sice vlastnosti přechodu PN, ale mechanismus přechodu proudu je postatně složitější.
Prahové napětí germaniových hrotových diod se pohybuje asi od 0,2 do 0,4 V. Mezní propustný proud dosahuje hodnot desítek miliampérů (při velkých proudech je VA charakteristika dána především sériovým odporem polovodiče). Jmenovité závěrné (inverzní) napětí je zpravidla dáno dovoleným proudem v zpětném směru (např. 0,1 mA), bývá od 10 do 150 V a závisí též na teplotě přechodu. Proto je nutné při vyšších teplotách okolí a při větším výkonovém zatížení snížit inverzní napětí asi o 10 až 20 % na každých 10 °C přírustku okolní teploty. Kapacita hrotových germaniových diod se pohybuje kolem 1 pF, takže tyto diody je možné používat až do kmitočtu 150 MHz.
Křemíkové hrotové diody se od germaniových liši pouze směrem proudu, protože bývají z materiálu vodivosti P, a větším úbytkem v přímém směru, takže začínají výrazněji propouštět až při překročení prahového napětí 0,5 až 0,7 V. Rozsah pracovních teplot bývá ± 50 °C (Ge) až ± 100 °C (Si) kolem pokojové teploty.
Mezi hrotové diody lze zařadit diody s přivařeným hrotem. U těch je dotykový drátek (zpravidla ze zlata nebo hliníku) přivařen elektrickým výbojem (impulsem) k povrchu polovodiče, čímž se v místě sváru vytvoří miniaturní přechod PN.
U diod se zlatým hrotem se používá zlatý drát s přísadou kolem 3 % galia, který se elektrolyticky zahrotí. Při formování vytvoří zlato s germaniem slitinu. Rekrystalizovaná oblast germania je silně dotována galiem, které vyvolává vodivost typu P. Vzniklá oblast P přechází svárem, který je mechanicky velmi pevný, na zlatý vývod.
Diody s přivařeným hrotem mají proto usměrňovací vlastnosti blízké diodám plošným, zároveň mají malou kapacitu, takže jsou použitelné i pro poměrně vysoké kmitočty 50 až 100 MHz, při zvlášť malých rozměrech i pro desetkrát vyšší. Svařený dotek je též stabilnější než hrotový, což je důležité např. pro měřící přístroje. Hodí se zvláště pro spínací obvody, logické obvody apod.
Galerie
Za poskytnutí fotografií reálných germaniových diod děkuji Renému.
Literatura
- Point-contact diodes
- Doc. Ing. Ivan Burger, CSc., Prof. Ing. Lubomír Hudec, DrSc.; Elektronické prvky, Vydavateľstvo technickej a ekonomickej literatúry Bratislava, 1989
Další kapitoly
- Základy elektroniky
- Novinky
- Rezistory
- Kondenzátory
- Cívky
- Diody
- Diak
- Triak
- Tyristor
- Trisil
- Tranzistory
- Memristory
- Integrované obvody
- Výpočetní technika
- Komunikace
- Plošné spoje
- Baterie a akumulátory
- Čidla/sensory
- Datasheety