Лабораторная работа № 1 исследование статических вольт-амперных характеристик диода и стабилитрона
Цель работы
Изучение статических вольт-амперных характеристик диода и стабилитрона;
Приобретение навыков экспериментального измерения статических вольт - амперных характеристик маломощных полупроводниковых приборов.
Краткие теоретические сведения
Полупроводниковыми диодами называют двухэлектродные полупроводниковые приборы с выпрямляющим электрическим переходом. В качестве выпрямляющего электрического перехода применяется p-n-переход, гетеропереход или выпрямляющий контакт металла с полупроводником (диод Шоттки).
В зависимости от способа изготовления диоды бывают точечными, сплавными, эпитаксиальными и др.
По функциональному назначению диоды делятся на выпрямительные, универсальные, импульсные, смесительные, детекторные, модуляторные, переключающие, умножительные, стабилитроны (стабисторы), варикапы, туннельные, обращенные, параметрические, фотодиоды, светодиоды, лазерные диоды, магнитодиоды, диоды Ганна и др.
Подавляющее большинство полупроводниковых диодов представляет собой структуру, состоящую из областей n-типа и p-типа, имеющих различную концентрацию примесей и разделенных электронно-дырочным переходом.
Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом. Условное обозначение диода на схемах приведено на рис. 1.
Рис. 1. Условное обозначение диода
Независимо от способа изготовления полупроводникового диода концентрация примесей в базе (Б) всегда меньше, чем в эмиттере (Э), поэтому электронно-дырочный переход оказывается сдвинутым в область базы, то есть является несимметричным. Вследствие низкой концентрации примеси база обладает значительным сопротивлением.
На рис. 2 показан пример p-n-структуры, изготовленной по комбинированной технологии, широко используемой при производстве интегральных схем.
|
|
Рис. 2. p-n-структура полупроводникового диода
На кремниевой подложке n+-типа (с высокой концентрацией примесей) выращивают эпитаксиальный слой n-типа (с низкой концентрацией примесей). Затем поверхность выращенного слоя окисляют, в результате чего образуется изоляционный слой SiO2 толщиной около 1мкм, в котором создают окна и через них методом диффузии вводят акцепторную примесь, изменяющую тип электропроводимости выращенного кристалла. В результате образуется p+-слой с высокой концентрацией примеси, отделенный от n-области электронно-дырочным переходом. Затем осуществляют омические контакты с n+ и p+ областями путем напыления алюминия. В процессе изготовления кремниевой пластины создается большое количество одинаковых p-n структур. Такую пластину разделяют на отдельные кристаллики, каждый из которых монтируют в герметичном металлическом, пластмассовом или стеклянном корпусе, защищающем кристалл от воздействия окружающей среды, а базу и эмиттер через омические контакты соединяют с внешними выводами.