Министерство образования РФ

Омский государственный университет

РАДИОФИЗИКА И РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

Часть 1

АКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И АНАЛОГОВЫЕ СХЕМЫ

Учебно-методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов III курса физического факультета

Омск

2002

Радиофизика и радиоэлектроника, часть 1, Активные элементы и аналоговые схемы (учебно-методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов III курса физического факультета)/ Сост.: В.И. Блинов, О.О. Загарских. Омск: Омский госуниверситет, 98 с.

 Омский госуниверситет, 2002

Лабораторная работа №1 Исследование полупроводниковых диодов

Цель работы: ознакомиться с основными параметрами германиевых и кремниевых диодов и снять их вольтамперные характеристики.

Введение

Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на физических явлениях, происходящих в области контакта твердых тел. При этом преимущест­венно используются контакты: полупроводник-полупровод­ник; металл-полупроводник; металл-диэлектрик-полупро­водник.

Если переход создается между полупроводниками п-типа и р-типа, то его называют электронно-дырочным или р-п-переходом.

Электронно-дырочный переход создается в одном кри­сталле полупроводника с использованием сложных и раз­нообразных технологических операций.

Рассмотрим р-п-переход, в котором концентрации до­норов N_Д и акцепторов N_А изменяются скачком на границе раздела (рис. 1, а). Такой р-п-переход называют рез­ким. Равновесная концентрация дырок в р-области (p_p0) значительно превышает их концентрацию в n-области (p_n0). Аналогично для электронов выполняется условие n_n0n_p0. Неравномерное распределение концентраций одноименных носителей зарядов в кристалле (рис. 1, б) приводит к возникновению диффузии электронов из п-области в р-область и дырок из р-области в п-область. Такое движе­ние зарядов создает диффузионный ток электронов и ды­рок. Плотность полно­го диффузионного тока, проходящего через границу разде­ла, определится суммой

(1)

Электроны и дырки, переходя через контакт (благодаря диффузии), оставляют в приконтактной области дырочно­го полупроводника нескомпенсированный заряд отрицатель­ных ионов акцепторных примесей, а в электронном полу­проводнике - нескомпенсированный заряд положительных донорных ионов (рис. 1, в). Таким образом, электрон­ный полупроводник заряжается положительно, а дыроч­ный - отрицательно. Между областями с различными ти­пами электропроводности возникает диффузионное электри­ческое поле напряженностью E_диф (рис. 1, г), созданное двумя слоями объемных зарядов. Этому полю соответствует разность потенциалов U_K между n- и р-областями, назы­ваемая контактной (рис. 1, г). За пределами области объемного заряда полупроводниковые области n- и р-типа остаются электрически нейтральными.

Диффузионное электрическое поле является тормозя­щим для основных носителей заряда и ускоряющим для неосновных. Электроны р-области и дырки п-области, со­вершая тепловое движение, попадают в пределы диффузи­онного электрического поля, увлекаются им и перебрасы­ваются в противоположные области, образуя ток дрейфа, или ток проводимости.

Выведение носителей заряда из области полупроводни­ка, где они являются неосновными, через электронно-ды­рочный переход ускоряющим электрическим полем назы­вают экстракцией носителей заряда.

Плотность полного дрейфового тока через гра­ницу раздела р- и п-областей:

(2)

Так как через изолированный полупроводник ток про­ходить не должен, между диффузионным и дрейфовым то­ками устанавливается динамическое равновесие:

(3)

Приконтактную область, где имеется диффузионное электрическое поле, называют р-п-переходом.

Рис. 1. Равновесное состояние р-п-перехода