3. Сравнение вах диодов из различных материалов

Исследуемые в работе диоды выполнены из различных полупроводниковых материалов, но имеют примерно одинаковые физико-конструктивные параметры. Отличие их характеристик обусловлено различием ряда параметров полупроводниковых материалов: ширины запрещенной зоны, подвижности и времени жизни носителей заряда и др., из которых наиболее существенный вклад вносит разница в ширине запрещенной зоны . Она определяет собственную концентрацию носителей заряда

,

которая входит в выражения для параметров ВАХ – тока насыщения и тока термогенерации в p–n-переходе.

В таблице приводятся значения иисследуемых полупроводниковых материалов при 300 К, а также рассчитанные по форму-лам (1.2) и (1.4) значения токов насыщения и токов термогенерации вp–n-переходе при= 10¹³см^–3,= 300 мкм,= 10^–3см². Так как некоторые данные для расчета могут быть взяты только приблизительно, в таблице приводятся только порядки величин.

Параметры вах диодов для разных материалов при 300 к

Тип материала	Параметры
	Eg, эВ	ni, см^–3	Ig, мкА	IS, мкА	U^*, В
Ge	0.66	2.410^13	10^–1	10^–1	0.3
Si	1.12	1.2510^10	10^–^4	10^–^7	0.69
GaAs	1.42	1.7910^6	10^–^5	10^–^14	1.08
GaP	2.25	9.3910^-2	10^–14	10^–31	2.0

Токи насыщения, пропорциональные , уменьшаются в ряду Ge, Si, GaAs,GaP. Токи термогенерации вp–n-переходе, пропорциональные, также уменьшаются по абсолютной величине сверху вниз в ряду материалов таблицы, а их относительные величины (по сравнению с токами насыщения)– возрастают.

Данные таблицы проиллюстрированы на рис. 1.3. На нем представлены зависимости иот ширины запрещенной зоны полупроводникового материала. По оси токов использован логарифмический масштаб. Токи насыщения и термогенерации всех диодов, кроме германиевого, очень малы (IнА и менее). Поэтому основным компонентом обратного тока этих диодов является ток утечки.

I_S

I_G

E_g

I

I_{S Ge}

Рис. 1.3. Зависимость составляющих обратного тока p–n-перехода

от ширины запрещенной зоны

Основное отличие прямых ветвей ВАХ диодов из различных материалов определяется разным значением тока насыщения. В таблице приведены значения при= 10 мА, вычисленные по формуле (1.1б) для германиевого, кремниевого, арсенид-галлиевого диодов. У реальных диодов эта величина может быть несколько большей, в основном из-за падения напряжения на объемном сопротивлении базы.

4. Описание лабораторной установки

Вольт-амперные характеристики диодов измеряются с помощью модульного учебного комплекса МУК-ОЭ1. Комплекс для диодов включает в себя ампервольтметр АВ1, генератор напряжений ГН3 и стенд с диодами СЗТТ02. Лабораторная установка позволяет реализовать две схемы измерения ВАХ: для прямой ветви (рис. 1.4, а) и для обратной (рис. 1.4,б). При снятии прямой ветви через исследуемый диод ИД генератором тока ГТ задается ток, величина которого контролируется миллиамперметром. Вольтметр, измеряющий прямое напряжение на диоде, подключен непосредственно к нему. При снятии обратной ветви генератором напряжения задается обратное напряжение, а измеряется обратный ток. Измеряющий его миллиамперметр включается последовательно с ИД до вольтметра.

IПР	IОБР
а б Рис. 1.4. Схемы измерения ВАХ диода: а – прямой ветви; б – обратной ветви

Схема собирается соединительными проводами и включается только после проверки преподавателем. Включение терморегулятора производится нажатием кнопки «Сеть» на приборе. Индикатор температуры показывает температуру в градусах Кельвина. Установка температуры осуществляется регулятором температуры (ручка с риской). Индикатор нагрева показывает, что идет нагрев. Если погаснет индикатор, то нагреватель отключается. Для ускорения остывания элементов в стенде расположен вентилятор, который включается тумблером.