Цель работы

Изучение принципа действия, характеристик и параметров полупроводниковых диодных и транзисторных структур на основе германия и кремния.

Содержание работы

1. Определение вольт-амперных характеристик диодных структур транзисторов и характерных электрических параметров их. Исследование изменения электрических свойств диодов в зависимости от температуры.

2. Определение входных и выходных вольт-амперных характеристик транзисторных структур и исследование изменения электрических свойств транзисторов в зависимости от температуры.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка включает в себя измерительный блок и персональный компьютер (ПК).

Измерительный блок содержит управляемый источник тока, коммутатор образцов и преобразователь ток – напряжение. Управляемый источник тока предназначен для задания тока азы исследуемых транзисторов. Коммутатор схем включения служит для задания схемы эксперимента. Выбор необходимого объекта происходит с помощью коммутатора образцов. Измерение тока производится при помощи преобразователя трок – напряжение. Образцы помещены в термостат, там же расположен и датчик температуры. Необходимый режим работы термостата задается узлом управления нагревателя.

ХОД РАБОТЫ

Измерение по б-э

-30В обратное напряжение; 0.7В прямое напряжение

Измерение образец1 транзистор КТ306А без Т

Измерение образец1 транзистор КТ306А Т=70 °С

Прямое напряжение с Температурой
I, мА	U , В
0	0
0,4	0,05
0,7	0,1
1,3	0,15
2	0,2
3	0,25
4	0,3
4,7	0,35
6	0,4
6,7	0,45

Прямое напряжение
I, мА	U , В
0	0,05
0,5	0,15
1,2	0,25
2	0,3
2,6	0,35
3,5	0,4
4	0,45
5,3	0,5
6,2	0,55
6,8	0,6

Прямое напряжение:

После увеличения температуры пороговое напряжение стало меньше, что наглядно видно на графики. Так же на графики видно, что при повышенной температуре сила тока увеличивается значительно сильнее, чем без нагревания.

Обратное напряжение
I, мА	U , В
-6,6	-7,7
-5,1	-7,5
-4,1	-7,3
-2,7	-7,15
-2,1	-7
-1,6	-6,85
-1,4	-6,75
-0,7	-6,6
-0,4	-6,4
0	-6,3

Обратное напряжение с Температурой
I, мА	U , В
-5,8	-7,7
-4,2	-7,5
-3,1	-7,3
-2	-7,15
-1,1	-7
-0,6	-6,7
-0,3	-6,4
-0,2	-6,3
-0,2	-0,7
0	-0,45

Обратное напряжение:

После увеличения температуры можем увидеть, как сила тока незначительно нарастает до -0.2mA, но когда достигает напряжения -7V происходит пробой и сила тока резко нарастает. При обычной температуре происходит не такой сильный пробой, при меньшем напряжении равным примерно -6,4 и при большем показании силы тока равным -1mA.

Образец 2 МП37А без Т

Измерение образец2 МП37А Т=70 °С

Прямое напряжение
I, мА	U , В
0	0,1
0,4	0,15
0,9	0,2
1,5	0,25
2,4	0,3
3,1	0,35
4,6	0,4
5,2	0,45
6,2	0,5
6,8	0,55

Прямое напряжение с Температурой
I, мА	U , В
0	0
0,4	0,05
0,6	0,1
1,1	0,15
1,9	0,2
3,1	0,25
4	0,3
4,9	0,35
6,4	0,4
7	0,45

Прямое напряжение:

Ситуация схожа с кремниевым образцом. При повышении температуры уменьшается показатель порогового напряжения. Без нагревания на графики пороговое напряжение примерно равняется 0.1V при нагревании оно равняется 0V.Так же видно, что скорость нарастание силы электрического тока увеличилось.

Обратное напряжение с Температурой I, мА U , В -5,9 -7,7 -4,4 -7,5 -2,7 -7,2 -1,6 -7,1 -1,25 -7 -0,75 -6,75 -0,5 -6,6 -0,1 -6,3 -0,1 -0,6 0 -0,5 Обратное напряжение
I, мА	U , В
-6,6	-7,7
-5,2	-7,5
-4,5	-7,35
-3,5	-7,2
-3	-7,1
-2,2	-7
-1,5	-6,75
-1	-6,6
-0,6	-6,5
0	-6,3

Обратное напряжение:

При увеличении температуры образца точка пробоя равняется -7V при меньшей силе тока, относительно силе тока без нагрева, а напряжение равняется -6,3V. Так же можем заметить, что нарастание тока при нагревании происходит быстрее, чем без.

Вывод:

Принцип действия полупроводникового диода заключается в односторонней проводимости p-n перехода. При прямом включении диод при небольшом напряжении Uоткр отпирается и на всем прямом участке ВАХ обладает наименьшим сопротивлением. При обратном включении диод ток не проводит ввиду закрытого p-n перехода. Однако при подаче напряжения большего Uпроб происходит электрический пробой диода и он начинает проводить ток и в обратном направлении. Электрический пробой, в отличие от теплового обратим.

При нагреве на прямой ветви ВАХ при одинаковом приложенном напряжении ток больше. На обратной ветви ВАХ – наоборот. Uоткр при нагреве уменьшается, Uпроб увеличивается.

Прямая ветвь обусловлена диффузионным током основных носителей. На начальной стадии (U<Uотп) ток мал, что обусловлено наличием потенциального барьера (контактной разности потенциалов), препятствующего движению основных носителей. На этом участке вольт-амперная характеристика нелинейная. По мере преодоления внешним полем внутреннего (U>∆ϕ=1B) потенциальный барьер исчезает и остается лишь сопротивление р- и n-областей, которое можно приближенно считать постоянным. Поэтому далее характеристика становится практически линейной при резком нарастании тока. При увеличении обратного напряжения идёт рост обратного тока. Это вызвано тем, что уже при небольшом увеличении обратного напряжения повышается потенциальный барьер и резко уменьшается диффузионный ток. Следовательно, полный ток Iперех обр=Iдр-Iдиф, резко увеличивается.

Дальнейшее увеличение обратного напряжения не приводит к росту тока, т.к. его величина определяется числом не основных носителей, концентрация которых низка. При некотором значении обратного напряжения ток начинает резко возрастать. Концентрация носителей лавинно нарастает в толщине перехода. Процесс лавинного размножения носителей за счет ударной ионизации атомов называется лавинным пробоем (электрическим).