3 Методика выполнения работы

В данной работе значение времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводнике определяется путем исследования переходных процессов при переключении диода из прямого направления в обратное.

Рис. 11 Последовательное включение диода и сопротивления.

Рассмотрим случай переключения диода из прямого направления в обратное, когда сопротивление цепей R велико. При подаче импульса обратного напряжения в цепи, изображенной на рис.11 будет протекать неизменный по величине ток I_обр.

Рис. 12 Временные диаграммы импульса ЭДС (а) и тока диода (б)

Амплитуда и длительность плоской вершины обратного тока определяются величиной ЭДС Е_обри сопротивлением R. При небольших уровнях инжекции дырочный ток можно считать диффузионным. Тогда ток через переход и концентрация дырок вблизи запорного слоя будут связаны уравнением

.

Данное уравнение позволяет сделать важный вывод. Поскольку ток через переход некоторое время t₁остается постоянным (рис.12), градиент концентрации дыроктакже будет оставаться постоянным в течение времени формирования плоской вершины обратного тока. Дальнейшее уменьшение плотности дырок от р-nперехода вглубь базы ведет к уменьшению градиента концентрации, а, следовательно, и тока через диод.

Длительность плоской вершины обратного тока находят решением уравнения диффузии. Это решение имеет следующий вид:

. (1)

Длительность плоской вершины при больших обратных токах пренебрежимо мала, что затрудняет ее точное определение. Большой интерес представляет рассмотрение переходных процессов при малых обратных токах. Если выполняется условие

, (2)

то уравнение (1) может быть с достаточной точностью записано в следующем виде:

.

Отсюда, зная величины прямого и обратного тока и длительности плоской вершины последнего, можно определить значение времени жизни дырок в n - области диода:

. (3)

Рис. 13 Схема для исследования процессов переключения диода из прямого направления в обратное

Прямой ток через диод задается источником питания УИП-2 и потенциометром R₃. Величина тока контролируется миллиамперметром. Импульс обратного напряжения подается на диодDот генератора Г5-15 через сопротивлениеR₂. Обратный ток диода измеряется с помощью осциллографа. Сигнал, пропорциональный току диода, снимается с небольшого сопротивления R и подается на вход вертикального усилителя осциллографа.

4 Порядок выполнения работы

1. Собрать измерительную схему, показанную на рис.13.

2. Установить прямой ток через диод по заданию преподавателя.

3. Снять осциллограммы обратного тока диода, подавая на него отрицательный импульс от генератора. При этом должно выполняться условие (2), т.е. подобрать амплитуду импульса генератора таким образом, чтобы обратный ток диода имел плоскую вершину.

4. Измерить на экране осциллографа длительность плоской вершины t₁и величину амплитуды импульса U_импна выходе генератора.

5. Рассчитать время жизни неосновных носителей заряда на базе диода по формуле (3). Величину обратного тока в формуле определить как .

6. Повторить измерения по пп. 1-5 для четырех различных значений прямого тока.

7. На основе полученных данных заполнить таблицу

№ п/о	Iпр, мА	Uимп, В	Iобр, мА	t1, мс	р, мкс	р, мкс	рр, мкс

Вопросы для самостоятельной работы

1. Какие свойства полупроводников характеризует время жизни неосновных носителей заряда?

2. Какие механизмы рекомбинации носителей заряда существуют в полупроводниках?

3. Какие свойства и процессы в полупроводниках определяют величину времени жизни носителей заряда?