2. Порядок выполнения работы

1. В данной работе экспериментальным путем определяются V_к, N_a, N_d

а затем рассчитываются остальные характеристики p-n-перехода.

2. Объект исследования: p-n-переход германиевого диода Д-304.

3. Схемы исследования.

Схема измерения прямой ветви вольт-амперной характеристики (ВАХ) диода приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема измерения прямой ветви ВАХ

Схема собирается на монтажном шасси с использованием комплекта соединительных проводов. Напряжение питания подается от источника 0 – 3В (гнезда Г 7 блока 3 лабораторного стенда). Токи и напряжения измеряются внешними стрелочными измерительными приборами. Пределы измерений приборов указаны на схеме.

Схема измерения обратной ветви вольт-амперной характеристики диода приведена на рис. 2. Напряжение питания подается от источника 0 – 15В (гнезда Г 8 блока 3 лабораторного стенда).

Рис. 2. Схема измерения обратной ветви ВАХ

Порядок выполнения экспериментальной части работы:

1. Соберите схему, изображенную на рис. 1.

2. После проверки схемы преподавателем измерьте U_пр. прямой ветви вольт-амперной характеристики диода; значения прямого тока устанавливайте в соответствии с табл. 1.

Таблица 1. Значения прямого напряжения

Iпр., мА	0	2	10	20	30	40	80	120	160	200	240	280
Uпр.,В

3. Соберите схему, изображенную на рис. 2.

4. После проверки схемы преподавателем измерьте I_обр обратной ветви вольтамперной характеристики диода. Отсчет напряжения U_обр начинайте с U_обр =10 В и заканчивайте U_обр =1 В (10, 8,…,1); после точки U_обр =1 В снимите напряжение, выдернув штекер «+» из гнезда Г8 (это соответствует U_обр =0 В.

Таблица 2. Значения обратного тока

Uобр.,В	10	8	6	4	2	1	0
Iобр., мА

Обработка результатов измерений

1. Постройте вольт-амперную характеристику диода (зависимость тока, протекающего через диод от напряжения на диоде). Прямую и обратную ветви стройте на одном графике, используя разные масштабы.

2. Определите контактную разность потенциалов V_к, графическим путем, продлив линейные участок прямой ветви вольт-амперной характеристики до пересечения с осью напряжений (рис. 3)

3. Определите концентрации акцепторной примеси в р-области N_а, и донорной примеси в п-области N_d. Система уравнений для расчетов:

где : I₀ – обратный ток насыщения (рис. 3); q = 1,610^-19 Кл – заряд электрона;

k = 1,3810^-23 Дж/К – постоянная Больцмана; T(K) – температура исследуемого перехода; S - площадь поперечного сечения p-n перехода задается преподавателем: вариант 1 – S = 0,07510^-4 м²; вариант 2 – S = 0,110^-4 м²; вариант 3 – S = 0,12510^-4 м².

Рис.3. ВАХ p-n-перехода

D_n, D_p, L_n, L_p, n_i – параметры собственного полупроводника (германия), при Т = 300 К: D_n = 1,0110^-2 м²/c – коэффициент диффузии электронов; D_p = 0,4910^-2 м²/c – коэффициент диффузии дырок; L_n = 1,010^-3 м – диффузионная длина электронов в р-области; L_p = 9,010^-4 м – диффузионная длина дырок в п-области; n_i = 2,510¹⁹ м^-3 – концентрация свободных электронов.

В связи с тем, что фактическая температура, при которой проводятся измерения, незначительно отличается от T = 300 К, то в расчетах допускается использовать значения параметров собственного полупроводника для T = 300 К.

Примечание. 1. Система уравнений (1) решается следующим образом:

– из второго уравнения определяется численное значения произведения N_dN_a и одно из неизвестных, например, N_a выражается через второе N_d;

– полученное выражение для N_a подставляется в первое уравнение, и в результате получается квадратное уравнение относительно N_d, которое решается известным способом. 2. Из двух решений системы (1) для сочетаний N_d ,N_a следует выбрать то, при котором барьерная емкость перехода меньше.

4. Определите суммарное электрическое сопротивление r контактных площадок и пассивных участков p-n-перехода:

(2)

где U_x, I_x – напряжение и ток в произвольной точке линейного участка прямой ветви вольт-амперной характеристики (см. рис. 3).

5. Рассчитайте толщину d_(р-п) и барьерную емкость С_d/u=0 р-п-перехода по следующим формулам:

(3)

где e = 16 диэлектрическая проницаемость, Ge; e₀ = 8,85·10^-12 Ф/м – электрическая постоянная

(4))

6. Полученные результаты сведите в табл. 3.

Таблица 3. Рассчитанные параметры р-п-перехода

Vк ,В	Nа ,см-3	Nd, см-3	d(р-п), мкм	Сd / U=0, пФ