ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ.

Настоящий сборник лабораторных работ предназначен для сту­дентов, изучающих курсы микрооптоэлектроника (1-8 работы) и электронные приборы (9-13 работы). Основной целью лабораторных работ является практическое изучение основных физических процессов, характеристик и пара­метров электронных приборов и методов их испытания. Все лабора­торные работы представлены в виде экспериментальных макетов, к кото­рым прилагаются источники питания и комплект электроизмерительных приборов.

Пособие содержит описание 13 лабораторных работ; они выпол­ня­ются студенческими бригадами, состоящими из 2—3 человек. Перед про­хождением лабораторных работ студенты должны изучить необходимый теоретический материал в соответствии с указанными в конце каждой работы разделами рекомендованной литературы, а также ознакомиться с настоящим пособием, экспери­ментальной установкой и инструкцией по технике безопасности.

Студент должен знать:

— цель исследования;

— основные физические процессы, протекающие в исследуемых прибо­рах;

• схему лабораторной установки;

• порядок выполнения работы;

• правила техники безопасности.

Включение установки может быть произведено только с разре­шения преподавателя, который предварительно проверяет степень подготовлен­ности студента к выполнению работы.

1. Меры безопасности при выполнении работы.

1.1. Напряжение, используемое при измерениях, не превышает 30В и опасности не представляет (1-8 работы).

1.2. Внутри осциллографа имеется высокое напряжение ~8кВ, внутри контрольно-измерительных приборов и источников постоянного и пере­менного напряжения - до 450В, поэтому вскрытие приборов запрещается, а корпуса приборов должны быть заземлены.

1.3. Электронно-лучевая трубка осциллографа взрывоопасна. Необхо­димо предохранять ее от ударов.

1.4. Перед включением приборов в сеть необходимо проверить целост­ность сетевых шнуров, вилок, розеток и надежность заземления всех приборов.

2. Общие указания при выполнения лабораторных работ.

2.1. Ознакомиться по справочнику с исследуемыми приборами, их цоко­левкой, выяснить предельно допустимый и номинальный режимы ра­боты. Записать!

2.2. Устанавливать напряжения и токи больше предельно допустимых нельзя!

Перед включением приборов в сеть, а также при всех переключе­ниях в цепях необходимо установить на источниках нулевые напряже­ния.

Несоблюдения этих требований при переключениях может привести к выходу из строя исследуемых приборов!

2.3. Для вычисления масштаба измеряемых величин необходимо опреде­лить чувствительность осциллографа. Чувствительность вертикального входа “У” указывается на передней панели осциллографа. Чувствитель­ность входа “X” определяется следующим образом. Со звукового генера­тора на вход “X” подается сигнал известной амплитуды (амплитуда сиг­нала измеряется на калиброванном входе “У”).

Чувствительность входа “X” есть отношение амплитуды сигнала, выраженной в вольтах к длине развертки сигнала по шкале “X”, выра­женной в клетках.

Например, сигнал, измеряемый на входе “У”, равен M Вольт. При подаче его на вход “X” он разворачивается на N клеток. Тогда чувстви­тельность входа “X” равна:

(В/дел).

При измерениях ВАХ полупроводниковых приборов одну из осей необ­ходимо проградуировать в единицах тока. Для этого найденное выше значение чувствительности по напряжению соответствующего входа не­обходимо разделить на номинальное значение измерительного сопротив­ления R (выраженное в Омах):

(A/дел)

Лабораторная работа №1 Выпрямительный полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод – это прибор на основе p-n-перехода. ВАХ идеального полупроводникового диода описывается выражением

где I₀—обратный ток или ток насыщения, е—заряд электрона, k—постоянная Больцмана, Т- температура кристалла по шкале Кельвина, U—приложенная к p-n-переходу раз­ность потенциалов.

Энергетическая диаграмма р-n-пере­хода без подачи внешнего напряжения дана на рис. 1-1, а. Уровень Ферми _f расположен горизонтально, показывая, что средняя энергия в полупроводнике р и n-типа одинакова. Это обеспечивает отсутствие тока через p-n-переход без подачи внешнего напряжения. Вдали от p-n-перехода расположение энергетиче­ских зон относительно уровня Ферми строго фиксировано и определяется концентрацией примесей в p- и n-облас­тях, а также температурой кристалла.

Область р-n-перехода имеет повы­шенное сопротивление, так как обеднена основными носителями за­ряда. В приконтактной области су­ще­ствует не скомпенсированный основ­ными носителями объемный заряд ио­низированных атомов примесей. С этим объем­ным зарядом связано электрическое поле на р-n-переходе и кон­тактная разность потенциалов _k. Контактное электрическое поле на пе­реходе искривляет границы зон. Контактная разность потен­циалов соз­дает барьер для основных носите­лей заряда, диффундирующих через p-n-переход. Неосновные носители заряда ускоря­ются электрическим полем контактной разности потенциа­лов. Та­ким образом, _k уравновешивает диффузионный и дрейфовый по­токи через p-n-переход в отсутствие внешних напряжений.

Если n-область соединена с минусом источника питания, а р-об­ласть—с плюсом, такое включение диода называется прямым. В этом случае потенциальный барьер на контакте уменьшается на величину при­ложенной разности потенциалов U (рис. 1-1, б). При большом прямом напряжении |U|_k потенциальный барьер _k компенсируется внешним напряжением, сопротивление приконтактного слоя падает; ток через пе­реход ограничен объемным со­противлением полупроводника базы (сла­болегированная область в диоде) и сопротивлением невыпрямляющих контактов диода. В этом случае ток линейно растет с ростом приложен­ного прямого напряжения. Если n-область соединена с плюсом источника пита­ния, а р-область—с минусом, включение диода называется обрат­ным. В этом случае потенциальный барьер возрастает на величи­ну при­ложенной разности потенциалов (рис. 1-1, в). Число основ­ных носителей, способных преодолеть потенциальный барьер на p-n-переходе экспонен­циально растет с уменьшением высоты барье­ра, поэтому ток через иде­альный переход экспоненциально зави­сит от приложенного напряжения.