МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Твердотельная электроника»

Тема: Исследование полупроводниковых диодов

Студент гр. 0207 _________________ Маликов Б.И.

Преподаватель _________________ Тупицын А.Д.

Санкт-Петербург

2023

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение наиболее характерных свойств электронно- дырочного перехода при его работе в режиме выпрямления, при электриче- ском пробое и при возникновении туннельного эффекта.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Электронно-дырочный переход является основой полупроводниковых приборов, применяемых для преобразования, усиления и генерирования электрических сигналов. Широкий диапазон изменения электрических свойств перехода в зависимости от используемых полупроводниковых материалов, степени их легирования и технологии изготовления позволяет создавать различные типы полупроводниковых диодов, среди которых наибольшее распространение получили выпрямительные диоды, стабилитроны, туннельные диоды, варикапы и др.

Рис. 1 – Прямое и обратное включение диода

Между разноименными зарядами р–n-перехода возникают электриче- ское поле и потенциальный барьер (рис. 1, а), препятствующий дальней- шему дрейфу основных носителей заряда через переход. Возникает равновесное состояние, при котором процесс диффузии подвижных носителей зарядов, вызванный наличием градиента их концентраций, уравновешивается противоположным по направлению процессом дрейфа носителей заряда под действием электрического поля перехода.

При прямом включении диода (“плюс” – к зоне р и “минус” – к зоне n) поле внешнего источника противоположно полю обеднённого слоя, в результате чего ширина р–n-перехода сужается, пространственный заряд уменьша- ется, а высота потенциального барьера снижается на значение приложенного напряжения U_пр (рис. 1, б). Как следствие нарушается равновесное состояние перехода и создаются условия для диффузии подвижных носителей заряда из области, где они являются основными, в область, где они становятся неосновными. Такой процесс называют инжекцией неосновных носителей заряда.

При обратном включении диода («плюс» – к зоне n и «минус» – к зоне р) результирующее электрическое поле в p–n-переходе, ширина обеднённого слоя и пространственный заряд увеличиваются. В этих условиях (рис. 1, в) основные носители заряда не могут преодолеть высокий потенциальный барьер, и их диффузионный ток равен нулю. С другой стороны, сильное элек- трическое поле перехода не препятствует прохождению через него неоснов- ных носителей, т. е. дырок из n-области и электронов из р-области; при этом граничные концентрации неосновных носителей уменьшаются почти до нуля. За счет образовавшегося обратного градиента неосновных носителей заряда вблизи обеднённой области происходят их диффузия к границе обед- нённой области и дальнейшая экстракция через переход его электрическим полем, которое является ускоряющим для неосновных носителей.

Типы и параметры объектов исследования

Основные параметры диодов:

Табл. 1 Табл. 2

Параметры диода КД103 Параметры диода Д7Ж

Параметр	Значение
Uобр max, В	50
Iобр max, мкА	100
Uпр max , В	1
Iпр max, А	0,1
fд, кГц	20

Параметр	Значение
Uобр max, В	400
Iобр max, мкА	100
Uпр max , В	0,5
Iпр max, А	0,3
fд, кГц	2,4

Основные параметры стабилитронов:

Табл. 3 Табл. 4

Параметр	Значение
Uст max, В	9,55
Iст max, мА	20
Uст min, В	8,65
Iст min, мА	3
Pпр, Вт	0,2

Параметры стабилитрона Д814 Параметры стабилитрона КС191С

Параметр	Значение
Uст max, В	8,5
Iст max, мА	40
Uст min, В	7
Iст min, мА	3
Pпр, Вт	0,34

СХЕМА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Рис. 2 – Схема измерительной установки

Исследование выпрямительных диодов и стабилитронов разбивается на несколько частей – исследование прямых ветвей ВАХ полупроводниковых диодов и стабилитронов, исследование обратных ветвей ВАХ выпрямительных диодов, исследование обратных ветвей ВАХ стабилитронов.

Результаты измерений

1. Прямые ветви вах диодов и стабилитронов:

1.1 Прямые ветви вах диодов:

Табл. 5

ВАХ диода КД103

Uд, В	0	0,6	0,65	0,68	0,7	0,72
Iд, мА	0	0,4	2	3	5	10

Табл. 6

ВАХ диода Д7Ж

Uд, В	0	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3
Iд, мА	0	0,2	1	2	5	10

Рис. 3 – Прямые ветви ВАХ диодов КД103 и Д7Ж

Таким образом, пороговые напряжения диодов, определенные графически, равны:

Диода КД103: U_пор = 0,68 [В]; Диода Д7Ж: U_пор = 0,2 [В];

По формуле:

Построим теоретическую ВАХ диода Д7Ж, для которого I_S = 3 мкА:

Табл. 7

Теоретическая ВАХ диода Д7Ж

Uд, В	0	0,1	0,15	0,16	0,17	0,19	0,2	0,21
Iд, мА	0	0,14	0,98	1,5	2,1	4,6	6,8	10

Рис. 4 – Сравнительный график ВАХ теоретической и экспериментальной ВАХ диода Д7Ж