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АИ201Г - AI201G

AI201G Package

AI201G Package

Die АИ201Г (AI201G) ist eine russische, auf Galliumarsenid basierende Tunneldiode. Die Gruppe AI201 ist ideal für den Einsatz in HF-Generatoren. Tunneldioden mit der Bezeichnung AI101 eigenen sich dagegen vor allem für Verstärker, AI301 nutzt man vor allem für schnelle Schalter. Dazu zählen auch die auf Germanium basierenden GI30x-Varianten. Die Untergruppe GI308 besitzt zusätzlich eine MESA-Struktur, die die Kapazität reduziert.

Neben der industriellen Variante AI201G war mit der 3I201G auch eine militärische Variante verfügbar. Der Buchstaben am Ende der Bezeichnung kennzeichnet unterschiedliche Qualitätsstufen. Die Endung A bietet die geringste Kapazität mit maximal 8pF. Geringe Kapazitäten sind wünschenswert, um hohe Frequenzen erreichen zu können. Die schlechtesten Dioden mit Kapazitäten bis zu 50pF wurden mit dem Buchstaben Л gekennzeichnet.

 

AI201G Datenblatt U/I-Diagramm

Das Datenblatt der AI201G enthält ein U/I-Diagramm, das die für Tunneldioden typische Kennlinie zeigt. Der pn-Übergang einer Tunneldiode ist sehr stark dotiert. Das führt dazu, dass schon bei sehr niedrigen Spannungen ein verhältnismäßig hoher Strom fließen kann (linke Kennlinie). Die Elektronen tunneln dabei durch die sehr dünne Sperrschicht. Mit steigender Spannung unterbindet das elektrische Feld diesen Effekt. Bei höheren Spannungen setzt dann der normale Strom in Flussrichtung der Diode ein (rechte Kennlinie).

Die beiden Kennlinienteile sind eigentlich miteinander verbunden. Der Übergang von der einen Kurve zur anderen erfolgt allerdings extrem schnell, weswegen dieser Abschnitt bei realen Messungen meist nicht sichtbar ist.

Der maximale Tunnelstrom Ip beträgt im Fall der AI201G 16-22mA. Wie weit der Strom nach diesem Maximum abfällt ist ein Qualitätsmerkmal einer Tunneldiode. Das Datenblatt der IA201G spezifiziert ein Verhältnis Ip/Iv von 10.

Auf Grund der hohen Dotierung besitzt eine Tunneldiode nur eine verschwindende Sperrspannung.

 

AI201G Package

Die AI201G ist mit einer Art Klarlack geschützt. Das Gehäuse basiert auf einem Keramikzylinder. Oben und unten sind die Anschlussfahnen angelötet. Der breitere Anschluss ist die Kathode.

 

AI201G Aufbau

Der Halbleiterkristall ist auf einer Einbuchtung in der Anschlussfahnen der Anode platziert. Beim hier vorliegenden Modell ist der Kristall nicht ganz mittig ausgerichtet.

Von der Oberseite des Keramikzylinders führt ein Draht zum Halbleiterkristall, der hier bereits abgerissen ist.

 

AI201G Kontaktdraht

Der Durchmesser des Kontaktdrahts beträgt ungefähr 30µm. Das Ende ist spitz ausgeführt, um eine möglichst kleine Kontaktfläche darstellen zu können.

 

AI201G Halbleiterkristall

Die Kantenlänge des Halbleiterkristalls beträgt 0,7mm. Die Struktur der Oberfläche ergibt sich beim finalen Ätzvorgang, der Störstellen und Verunreinigungen bestmöglich entfernen soll.

 

AI201G Halbleiterkristall

AI201G Halbleiterkristall

Der Halbleiterkristall ist 0,2mm dick. Die leicht versetzte Platzierung erlaubt es einen Blick auf die Unterseite zu werfen.

 

AI201G Halbleiterkristall Detail

AI201G Halbleiterkristall Detail

Der pn-Übergang muss eine hohe Dotierung aufweisen, um die Funktion einer Tunneldiode darstellen zu können. Aus diesem Grund kann man die Sperrschicht nicht wie bei normalen Spitzendioden aufbauen. Dort ist es ausreichend einen teilweise leicht dotierten Draht auf dem Halbleiterkristall aufliegen zu lassen. Bei Bedarf wird dieser Kontakt noch formiert, wie es zum Beispiel bei der OA741 der Fall ist. Die hohe Dotierung einer Tunneldiode erfordert dagegen das direkte Einlegieren einer inversen Dotierung wie es auch bei Legierungstransistoren, zum Beispiel dem OC45, zu sehen ist. Bei einer Tunneldiode ist allerdings darauf zu achten den Legierungsprozess kurz zu halten, um einen möglichst abrupten pn-Übergang zu erzeugen.

Gleichzeitig ist es wichtig die parasitäre Kapazität des pn-Übergangs niedrig zu halten. Die hier zu sehende Legierungspille weist daher einen Durchmesser von nur 25µm auf. Um die Kapazität weiter zu reduzieren, kann man nach dem Legierungsprozess den Halbleiterkristall weiter herunter ätzen und so eine MESA-Struktur erzeugen. Die verbleibende Säule ist dann sehr dünn und entsprechend empfindlich gegenüber mechanischen und elektrischen Belastungen. Die oben erwähnte GI308 besitzt eine derartige Struktur.

 

 

AI201G Aufbau

AI201G Aufbau

In der hier geöffneten AI201G ist die Verlegung des Kontaktdrahts besser zu erkennen.

Der Halbleiterkristall dieser Tunneldiode ist besser ausgerichtet und wurde mittig kontaktiert.

 

AI201G Halbleiterkristall

AI201G Halbleiterkristall

Der Legierungsbereich ist hier etwas schlechter zu erkennen, scheint aber deutlich größer zu sein. Die Länge des Elements lässt sich mit etwas mehr als 40µm abschätzen.

 

AI201G Aufbau

In diesem Modell sitzt der Halbleiterkristall auf einer Art Sockel, der im oberen Modell nicht vorhanden war.

 

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