3.1. Измерение вах при комнатной температуре

1. Подключить вольтметр постоянного тока к гнездам «НАПР. на диоде».

2. Тумблеры «ПР.-ОБР.» установить в положение «ПР.»

3. Меняя регулятором «ПР.НАПР.» напряжение на диоде и записывая показания левого стрелочного прибора, снять прямую ветвь ВАХ.

4. Тумблеры «ПР.-ОБР.» установить в положение «ОБР.»

5. Изменяя регуляторами «I_ОБР» обратный ток диода, снять обратную ветвь ВАХ.

3.2. Измерение зависимости емкости диода от обратного смещения при комнатной температуре

1. Тумблеры «ПР.-ОБР.» должны находиться в положение «ОБР.».

2. Подключить к испытательному стенду генератор; установить выходное напряжение 100мВ частотой 100 кГц.

3. Подключить вольтметр В3-38 к гнезду «U_Д переменное».

4. Изменяя регуляторами «I_ОБР» обратный ток диода, снять зависимость переменного напряжения на диоде от величины смещения.

5. Вычислить значения емкости диода по формуле:

где С_Э- эталонная емкость 240 пФ, U_Г- напряжение генератора,

U_Д- переменное напряжение на диоде.

3.3. Измерение зависимости обратного тока насыщения от температуры

1. Тумблеры «ПР.-ОБР.» должны находиться в положении «ОБР».

2. Тумблер «ВКЛ.НАГР.»-«ОТКЛ.НАГР.» установить в положение «ВКЛ.НАГР.». Требуемая температура устанавливается переключателем. Величина температуры определяется по стрелочному прибору «tC».

3. Поддерживая с помощью регуляторов «I_ОБР» напряжение на диоде, равное -5В, снять зависимость тока «I_ОБР» от температуры.

4. Задание по работе

4.1.Построить ВАХ диода.

4.2. Построить зависимость I/C²=f(U), определить контактную разность потенциалов.

4.3. Рассчитать зависимость ширины области пространственного заряда d от величины обратного напряжения.

4.4. Построить в полулогарифмическом масштабе зависимость обратного тока насыщения от температуры. Определить ширину запрещенной зоны.

5. Содержание отчёта

1. Принципиальная схема установки.

2. Краткие теоретические сведения и расчетные формулы.

3. Результаты измерений в виде таблиц и графиков.

4. Сравнение полученных результатов со справочными.

5. Выводы.

Литература

1. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твёрдотельная электроника. М., «Высшая школа», 1986г.

2. Практикум по полупроводниковым приборам. Под ред. Шалимовой К.В. М., «Высшая школа», 1968г.

3. Штернов А.А. Физические основы конструирования и технологии РЭА и микроэлектроники. М., «Радио и связь», 1981г.

4. Основы радиоэлектроники. Под ред. Г.Д.Петрухина. М., «МАИ»,1993г.

Р А Б О Т А № 4

Определение дрейфовой подвижности неосновных

носителей заряда импульсным методом

Цель работы – измерение дрейфовой подвижности неосновных носителей заряда в кремнии электронной проводимости. Измерения проводятся импульсным методом при комнатной температуре. Инжекция неравновесных носителей осуществляется с помощью точечного эмиттерного контакта.

1. Общие сведения

1.1. Движение электронов под действием внешнего электрического поля

В полупроводнике, на который не действует электрическое поле, количество электронов, движущихся в противоположных направлениях, одинаково, поэтому их средняя скорость в любом направлении равна нулю, а электрический ток не возникает.

При приложении внешнего электрического поля к полупроводнику в нем возникает направленное движение электронов, т.е. электрический ток, плотность которого равна:

j=s×E, (4.1)

где Е- напряженность электрического поля,

- удельная электропроводность [Ом^-1м^-1].

Направленное движение электронов под действием внешнего поля называют дрейфом электронов. Средняя скорость этого движения называется скоростью дрейфа.

При наложении внешнего электрического поля на электрон действует сила F=-qЕ (где q - заряд электрона), под действием которой электрон должен был бы двигаться ускоренно, непрерывно увеличивая свою скорость. Однако, при своем движении электрон сталкивается с дефектами кристаллической решетки и теряет вследствие этих столкновений свою скорость. Под дефектами кристаллической решетки понимают любые нарушения кристаллической решетки- примесные атомы, отклонения атомов от своего положения вследствие теплового движения и т.д. Действие решетки на электрон аналогично действию силы сопротивления, препятствующей движению электрона..

Дрейфовая скорость электрона в кристалле полупроводника, находящемся во внешнем электрическом поле, равна:

V_D=а×t₀. (4.2)

где а- ускорение электрона под действием внешнего поля,

t₀ – среднее время между столкновениями электрона с кристаллической решеткой, называемое средним временем свободного пробега.

Начальная дрейфовая скорость V_D0=0, т.к. считается, что после каждого очередного столкновения направленное движение электрона прекращается.

Поскольку

F=-q×E и F=m_n×a, (4.3)

то

-qЕ=m_na, (4.4)

(4.5)

(4.6)

Отношение скорости дрейфа к напряженности электрического поля называют дрейфовой подвижностью электронов

(4.7)

Аналогично дрейфовая подвижность для дырок равна:

(4.8)

где m_n и m_p – эффективные массы электрона и дырки соответственно.