131

Содержание

Введение 4

1 Зависимость электропроводности полупроводников от напряжённости электрического поля... 5

1.1 Критическая напряжённость электрического поля 5

1.2 Термоэлектронная ионизация Френкеля 6

1.3 Ударная и электростатическая ионизация 7

2 Теория метода определения основных параметров варистора 11

3 Описание лабораторного стенда 14

4 Порядок проведения и пример оформления отчёта по проведённой лабораторной работе 15

4.1 Порядок выполнения лабораторной работы 15

4.2 Пример выполнения отчёта по выполненной лабораторной работе 17

Заключение 31

Список использованных источников 32

Приложение А (обязательное) – Принципиальная электрическая схема учебного стенда

Введение

С развитием радиоэлектронной техники плотность упаковки печатных плат увеличилась на три порядка. Высокая компактность и малые габариты электронных компонентов неизбежно привели к большой чувствительности по отношению к большим значениям напряжений и токов в цепях радиоэлектронных средств. В связи с этим появилась необходимость защиты компонентов электронной аппаратуры.

Возникла необходимость в элементе, способном обеспечить стабильность работы элементов маломощной и низковольтной аппаратуры. Эта проблема была решена с внедрением в радиоэлектронику нелинейного сопротивления –варистора.

Действие этого полупроводникового прибора основано на использовании зависимости электропроводности (сопротивления) от величины электрического поля.

В данной курсовой работе исследуются вольт-амперные характеристики при разных температурах, а также рассчитываются основные параметры варистора.

В этой работе разрабатывается стенд, который является универсальным, так как совмещает в себе три схемы для снятия различных характеристик.

1. Зависимость электропроводности полупроводников от напряженности электрического поля

Концентрация и подвижность носителей заряда до некоторой ве­личины напряженности электрического поля не зависят от напря­женности электрического поля, следовательно, и удельная электро­проводность полупроводника не зависит от на­пряженности электрического поля. Электрические поля, которые практически не меняют подвижность и концентрацию носителей за­ряда, называются слабыми.

1.1 Критическая напряженность электрического поля

Минимальная напряженность поля Е_к, при которой начинается заметная зависимость подвижности и концентрации носителей за­ряда от напряженности электрического поля, называется критиче­ской. Критическая напряженность Е_к электрического поля зависит от природы полупроводника, температуры и концентрации при­месей. Электрические поля, для которых подвижность или концен­трация носителей заряда зависит от напряженности электрического поля, называются сильными. При напряженности поля выше кри­тической закон Ома уже не выполняется, т. е. величина плотности тока j(j≠σE) не будет пропорциональна напряженности поля, так как σ начинает зависеть от напряжённости поля. Для значительного числа полупроводников величина Е_к колеблется вблизи 10⁶ В/м, для селена Ек≈10³ В/м. Напряженность Е_к определяется тем усло­вием, что дополнительная дрейфовая скорость V_д, приобретаемая носителем заряда в поле, становится сравнимой с тепловой ско­ростью. При уменьшении температуры напряженность Е_к уменьшается, так как Е_к зависит от подвижности носителей заряда, а чем ниже температура, тем больше подвижность u.

Критические поля в неоднородных полупроводниках могут по­являться при очень малых напряжениях, так как на неоднородном слое малой толщины падает почти все приложенное напряжение и локальная напряженность поля сильно возрастает. В зависимости от доминирующего механизма рассеяния носителей заряда в полу­проводниках подвижность может увеличиваться или уменьшаться при увеличении напряженности электрического поля выше критической. Подвижность начинает зависеть от поля с того момента, как скорость v перестает быть постоянной, т. е. когда до­бавкой v_д к скорости v за счёт поля нельзя пренебречь, по сравне­нию с тепловой скоростью. Так, например, в атомных кристаллах (Ge, Si) при тепловом механизме рассеяния λ не зависит от скорости v, a v(v=v_т+v_д) растёт с ростом напряжённости подвижность и уменьшается с ростом поля:

u~1/√E~E^-1/2 (1.1)

При рассеянии носителей заряда на ионизированных примесях λ~σ⁴, u~√E,

подвижность u увеличивается с ростом напряжённости Е поля:

u~(√E)³~E^3/2 (1.2)

Однако изменение подвижности носителей заряда, как показы­вают результаты опытов, незначительное. С ростом поля концентра­ция носителей заряда заметно возрастает.

Основными причинами изменения концентрации носителей заря­да в сильных электрических полях могут быть термоэлектронная ионизация Френкеля, ударная и электростатическая ионизация.