Физика, 3 семестр. РТФ / Готовые работы / 3работа
.docЛабораторная работа № 3
Исследование эффекта поля в полупроводниках на базе полевого транзистора
Цель работы: изучение влияния величины и направления поля на поток основных носителей, определение основных параметров полевых транзисторов, изучение влияния на них поверхностных состояний.
Поверхностные состояния
На реальной поверхности полупроводника различают два типа поверхностных энергетических состояний: 1). внутренние, или быстрые, обусловленные дефектами или примесями, расположенными непосредственно на поверхности кристалла, и характеризующиеся временем перехода электронов из объемных энергетических зон на поверхностные 10-7 с. Плотность состояний их примерно 1019 м-2 и зависит от обработки поверхности;
2). внешние, или медленные, обусловленные атомами, адсорбированными на поверхности слоя окисла или, возможно, в его глубине, и характеризующиеся временем перехода электронов из объемных энергетических зон на них более 10-2 с. Плотность состояний их примерно 1017...1019 м -2 и зависит от окружающей среды. Такие состояния возникают, если поверхность покрыта окисной или иной диэлектрической пленкой.
От поверхностных явлений зависят многие основные параметры приборов:
-
скорость рекомбинации носителей на поверхности прибора определяет спектральные характеристики фотоэлементов и фоторезисторов, а также величину фотоЭДС;
-
тепловая генерация носителей на поверхности определяет величину обратных токов насыщения диодов и триодов;
-
образование инверсных слоев на поверхности является причиной увеличения обратных токов и отсутствия их насыщения;
-
наличие инверсных слоев часто приводит к пробою p-n перехода, наступающему при сравнительно низких напряжениях;
-
переход носителей на поверхностные состояния является одной из причин шумов полупроводниковых триодов на низких частотах.
Если поверхность полупроводникового прибора находится в контакте с окружающей средой, то изменение влажности атмосферы может привести к нестабильности параметров прибора. Поэтому актуальной практической проблемой является проблема изоляции поверхности полупроводника от окружающей среды и, следовательно, проблема контакта поверхности с различными изолирующими пленками. Одна из главных задач физики поверхности – получение полупроводниковых поверхностей с заданными параметрами. Решение этой задачи позволит при конструировании полупроводниковых приборов и микросхем задавать параметры поверхности, наиболее приемлемые для устойчивой работы приборов.
Для оценки величины толщины приповерхностного слоя объемного заряда в металлах и полупроводниках d предположим, что плотность заряженных поверхностных уровней γ=1015 см-2, т.е. каждый атом на поверхности дает один поверхностный уровень. В металлах, где концентрация свободных электронов n=1022 см-3, нейтрализация поверхностного заряда происходит на расстоянии нескольких постоянных решетки; это значит, что для создания соответствующего поверхностного заряда толщина приповерхностного слоя, из которого должны уйти все электроны, находится из соотношения:
.
,
где ε – диэлектрическая проницаемость;
ni – концентрация носителей тока в собственном полупроводнике;
e – заряд электрона.
Условие равенства нулю общего заряда, т.е. заряда на поверхностных уровнях и в приповерхностном слое, справедливо лишь в случае свободной поверхности.
В результате дальнейшего совершенствования полевых транзисторов была предложена структура на кремнии с использованием изолированного затвора; электрод затвора был отделен от канала тонким изолирующим слоем. В дальнейшем появились транзисторы с использованием слоев металла (в качестве затвора), окисла (изолятора между затвором и каналом) и полупроводникового материала (канала). В отличие от полевого транзистора с p-n переходом новый прибор допускал как обеднение, так и обогащение основными носителями тока в области канала и позволил работать с "полевым смещением". В дальнейшем появились различные технологические варианты полевого транзистора с изолированным затвором: тонкопленочные транзисторы и транзисторы со структурой металл-окисел-полупроводник. В настоящее время наибольшее распространение получили следующие конструктивные варианты: текнетроны, алькатроны, однопереходные триоды и полевые приборы с изолированным затвором.
ИССЛЕОВАНИЕ ВОЛЬТ-ФАРАДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИОДА ШОТТКИ
Измерение 1. Зависимость ёмкости и проводимости диода Шоттки от напряжения по точкам
|
U, В |
C, пФ |
Gdw, пФ |
Tok, мкА |
|
-9.016 |
104.3 |
0.02844 |
-0.01525 |
|
-9.021 |
104.3 |
-0.09675 |
-0.01464 |
|
-7.65 |
109.8 |
0.09314 |
-0.01651 |
|
-6.341 |
116.3 |
0.1708 |
-0.01841 |
|
-4.964 |
125.1 |
0.3169 |
-0.01271 |
|
-3.652 |
136.9 |
0.2897 |
-0.006425 |
|
-2.263 |
156.1 |
0.3512 |
-0.001279 |
|
-0.9045 |
196 |
1.28 |
-0.0007255 |
|
-0.01321 |
293.5 |
7.72 |
1.646 |
|
0.004714 |
299.9 |
9.253 |
2.726 |
|
0.007583 |
305.1 |
11.39 |
3.878 |
|
0.01701 |
314.9 |
16.04 |
6.906 |
|
0.01588 |
320.2 |
20.05 |
9.368 |
|
0.005855 |
334.6 |
31.97 |
18.19 |
|
0.2453 |
341 |
38.82 |
20.78 |
Измерение 2. Зависимость ёмкости и проводимости диода Шоттки от напряжения на характериографе
|
U, В |
C, пФ |
Gdw, пФ |
Tok, мкА |
|
0.1993 |
417.5 |
24.08 |
-0.01525 |
|
-0.114 |
284.2 |
2.042 |
-0.01525 |
|
-0.7989 |
217.6 |
0.4296 |
-0.01525 |
|
-1.487 |
187.9 |
0.08042 |
-0.01525 |
|
-2.173 |
170.1 |
0.09497 |
-0.01525 |
|
-2.858 |
158.2 |
-0.3155 |
-0.01525 |
|
-3.55 |
149 |
-0.04276 |
-0.01525 |
|
-4.234 |
141.3 |
-0.02625 |
-0.01525 |
|
-4.925 |
135.2 |
-0.2124 |
-0.01525 |
|
-5.617 |
130.5 |
-0.5051 |
-0.01525 |
|
-6.292 |
125.4 |
-0.05389 |
-0.01525 |
ИССЛЕОВАНИЕ ВОЛЬТ-ФАРАДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МДП-СТРУНЫ
Измерение 1. Зависимость ёмкости и проводимости МДП-структуры от напряжения по точкам
|
U, В |
C, пФ |
Gdw, пФ |
Tok, мкА |
|
-9.024 |
0.9034 |
-0.1228 |
0.0145 |
|
-9.017 |
0.8994 |
0.02728 |
0.01261 |
|
-7.705 |
-0.1432 |
-0.2545 |
0.01009 |
|
-6.33 |
0.1287 |
0.7546 |
-0.004311 |
|
-5.01 |
-0.1917 |
-0.306 |
0.01513 |
|
-3.634 |
-0.1002 |
-0.00295 |
0.009465 |
|
-2.259 |
0.8508 |
-0.02411 |
0.01199 |
|
-0.9476 |
0.9562 |
-0.2216 |
0.01512 |
|
0.4373 |
0.2608 |
-0.3919 |
0.01394 |
|
1.741 |
-0.1516 |
0.04542 |
0.01199 |
|
3.116 |
0.1954 |
0.1559 |
0.01513 |
|
4.5 |
-0.2384 |
-0.4079 |
0.01454 |
|
5.803 |
0.1954 |
0.156 |
0.008202 |
|
7.178 |
0.2299 |
0.7076 |
-0.001804 |
Измерение 2. Зависимость ёмкости и проводимости МДП-структуры от напряжения на характериографе
|
U, В |
C, пФ |
Gdw, пФ |
Tok, мкА |
|
4 |
227 |
2.466 |
0.0145 |
|
3.438 |
225.9 |
2.127 |
0.0145 |
|
2.868 |
224.4 |
2.336 |
0.0145 |
|
2.305 |
221.6 |
2.66 |
0.0145 |
|
1.743 |
209.8 |
2.658 |
0.0145 |
|
1.183 |
119.4 |
0.1214 |
0.0145 |
|
0.6213 |
109.1 |
-0.3387 |
0.0145 |
|
0.05516 |
107.2 |
0.01132 |
0.0145 |
|
-0.508 |
104.2 |
-0.3851 |
0.0145 |
|
-1.069 |
101.4 |
-0.2124 |
0.0145 |
