Файл: Лабник тверд эл.pdf

где Js – плотность тока насыщения:

Умножив плотность тока на площадь p-n-перехода S, получим ток

насыщения.

Формула (1.16) описывает ВАХ идеализированного p-n-перехода. В реальных диодах напряжение падает не только на ОПЗ, но и на слаболегированной области диода – базе:

При обратном смещении ток через диод увеличивается из-за генерации электронно-дырочных пар в ОПЗ, при прямом смещении рекомбинация носителей в ОПЗ увеличивает общий ток. Плотность тока рекомбинации-генерации носителей заряда в ОПЗ:

где W (U ) – ширина ОПЗ, а eff – эффективное время жизни носителей заряда:

Для многих практических случает можно использовать следующие формулы:

8

Ширина ОПЗ согласно зависит от смещения. Для ступенчатого p-n- перехода ширина ОПЗ:

где ε0 – электрическая постоянная (ε0 = 8,854∙10 –14 Ф/см),

s – относительная диэлектрическая проницаемость материала.

Влияние эффектов высокого уровня инжекции тоже искажает ВАХ. Прямая ветвь ВАХ диода показана на рисунках 1.5, 1.6.

Кроме того, вследствие саморазогрева прибора (выделение мощности I∙U) растет температура, и меняются параметры p-n-перехода (см. Лабораторную работу №2). При приложении большого обратного напряжения происходит пробой из-за лавинного увеличения количества носителей заряда в ОПЗ или из-за туннелирования электронов через ОПЗ. Он может перейти в тепловой пробой, ведущий к необратимому изменению характеристик.

Согласно идеализированной теории p-n-перехода I ~ exp U Т . При изменении тока в 10 раз (на декаду) напряжение получает приращение U = 2,3 Т . Путем экстраполяции прямой ветви ВАХ идеализированного p-n-перехода, построенной в полулогарифмическом масштабе (рисунок 1.6), к напряжению U = 0 можно найти значение тока насыщения Is. В области малых напряжений наклон ВАХ кремниевых диодов может быть меньше и определяться показателем экспоненты U/(m Т ). Если наклон соответствует коэффициенту m = 2, то преобладающим механизмом, определяющим протекание тока в диоде, считаются процессы генерации и рекомбинации носителей

9

заряда в ОПЗ, что позволяет экстраполяцией участка с наклоном U/(2 Т ) найти значение тока Irg 0 .

При домашней подготовке необходимо ознакомиться с типами р-n- переходов, изучить принцип работы полупроводникового диода, рассмотреть особенности ВАХ реальных диодов.

Предварительное расчетное задание

1.Провести расчет υk, Is и rб диодов.

2.Рассчитать и построить ВАХ идеального диода и ВАХ реального диода при температуре 300 K в одной системе координат.

Данные к расчету

Взять из задания к типовому расчету согласно номеру в журнале

Рабочее задание

1.Получить у преподавателя диод, отметить в протоколе материал, из которого сделан диод.

2.Измерить прямую и обратную ветви ВАХ диодов при масштабах ±5 В по напряжению и ±5 или ±15 мА, результаты занести в таблицы.

3.Отдельно промерить обратную ВАХ диода при масштабе ±100 В.

4.Построить графики ВАХ диодов в линейных масштабах по осям.

5.По усмотрению преподавателя, получить второй диод и повторить п. 1-4.

Анализ результатов измерений

1.Перестроив график прямой ветви ВАХ в полулогарифмическом масштабе, установить, есть ли на ней участок, соответствующий идеализированной теории p-n-перехода. Если такой участок есть, найти

значение тока насыщения Is. Если наклон в области малых напряжений соответствует коэффициенту m = 2, найти значение тока I +RG0.

2.По наклону прямолинейного участка прямой ветви ВАХ, построенной в линейном масштабе, приближенно найти значение сопротивления базы rб.

3.Графически оценить значение υk. При больших значениях прямого тока падение напряжения на ОПЗ приближается к значению

контактной разности потенциалов, т.е. U ≈ υk. Напряжение на диоде Uд=I rб+U, и, следовательно, при I = 0 на оси напряжений отсекается величина, приблизительно равная контактной разности потенциалов φk.

3. Сравнить экспериментально полученные ВАХ диодов с рассчитанными, объяснить различия.

Указания к отчету

Отчет должен содержать:

10

1.Титульный лист с названием работы, ф.и.о. студента и номер группы;

2.Расчет предварительного задания;

3.Схема измерения;

4.Таблицы экспериментальных данных и графики ВАХ диодов.

5.Результаты анализа результатов.

Контрольные вопросы

1.Какие заряды образуют ОПЗ?

2.От каких параметров полупроводникового диода зависит величина контактной разности потенциалов?

3.Что происходит с величиной потенциального барьера при подаче на р-n-переход прямого и обратного напряжений?

4.Нарисуйте и объясните зависимости распределения концентрации носителей от координаты при прямом и обратном смещении.

5.Нарисуйте и объясните ВАХ диодов.

11