Введение

ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА.

Методическое указание к лабораторной работе

Составители: Мухаев В.В.

Мухаева Э.В.

Улан – Удэ

Лабораторная работа

ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА

Цель работы:

1. изучение вольт-амперной характеристики (ВАХ) полупроводниковых диодов;

2. изучение вольт-фарадной характеристики (ВФХ) полупроводниковых диодов;

Приборы и принадлежности: ВЗЯТЬ ИЗ ПАСПОРТА!!

Введение

Нелинейность и несимметричность ВАХ полупроводникового диода обусловлена наличием электронно-дырочного перехода или р-n перехода, которой возникает на границе раздела двух областей диода с разным типом проводимости. После создания электрического поля между контактами начинается взаимная диффузия основных носителей заряда электронов из (n в p –область) дырок из (p в n-область). Вследствие чего образуется объемный заряд, положительный в n-область и отрицательный p –область. Это обстоятельство приводит к возникновению контактной разности потенциалов (V_k). Возникшие при этом электрическое поле создает дрейфовый ток дырок из n в p-область и электронов из p в n-область. В некоторый момент из времени напряженность контактного поля достигает такой величины, что диффузионные токи электронов и дырок уравновешиваются дрейфовыми токами система придет в равновесие и рост контактного поля прекратится. В области объемного заряда (d_p≤x≤d_n) существует сильное электрическое поле и практически отсутствуют свободные носители зарядов.

Энергетическая диаграмма p-n перехода изображена на рис. 1б (Ес –дно проводимости, Еv- потолок валентной зоны, F- уровень Ферми, d_p и d_n - соответственно границы области объемного заряда в p и n-области). Из рис. 1б видно, что для перехода электроны в зоне проводимости из n в p – область ему необходимо преодолеть потенциальный барьер j_к=-qV_К. Такой же барьер должны преодолеть дырки при переходе из p в n –область.

Такая система должна обладать свойствами выпрямления. При подаче отрицательного потенциала на n-область и положительного потенциала на р-область потенциальный барьер для дырок и электронов уменьшается на величину q · V, где V-внешняя разность потенциалов, q – заряд электрона. По мере возрастания V величина тока резко возрастает за счет уменьшения высоты потенциального барьера (Ф_к – qV), который нужно преодолеть электронам и дверкам при переходе из «n» в «p» из «p» в «n» области соответственно (что получило название прямого или пропускного направления).

При подаче на p-n переход разности потенциалов противоположной полярности, высота потенциального барьера для электронов и дырок возрастает на величину q ·V. Следовательно, вероятности перехода электронов и дырок (p-n) и (n-p) области уменьшается. Величина обратного тока очень мала.

Зависимость силы тока от приложенного к p-n переходу напряжения дается формулой

(1),

где Т-температура, К- постоянная Больцмана, q-заряд электрона, I_s –ток, определяемый концентрацией не основных носителей тока, А-параметр учитывающий толщину p-n перехода и рекомбинацию электронов и дырок в нем. Для предельного случая, когда переход тонкий, резкий А равен единице. Определяя из ВАХ параметр А, можно судить о характере p-n перехода.

В формуле (1) знак (+) относится к прямому, а знак (-) к обратному направлению тока. Анализируя формулу (1) для прямого тока видим, что первое слагаемое при наибольших напряжениях значительно больше единицы. Тогда формулу можно записать:

(2)

для обратного тока, наоборот пренебрегаем первым слагаемым

(3)

I_обр=I_s

Кривая ВАХ диода будет выглядеть таким образом

1-теоретическая кривая ВАХ

2-экспериментальная кривая ВАХ

Для нахождения параметра А логарифмируем выражение (2) получаем

Выражая КТ в электровольтах, для комнатных температур Т=300⁰к, к=1,38·10^-23Дж/к=0,86·10^-4 эВ/к – постоянная Больцмана, имеем кТ=0,025 эл. Вольт. Тогда формулу (2) можно записать

.

Построив график по тангенсу угла наклона прямой, находят параметр А.

, А=