5. Порядок выполнения работы

1. Собрать лабораторную установку для измерения прямой и обратной ветвей ВАХ диодов согласно схемам, указанным на рис 1.4, аи 1.4,б, используя лабораторный стенд СЗТТ02 и прилагаемый комплект соединительных проводов.

2. Снять вольт-амперные характеристики диодов для прямого и обратного включений. При снятии прямой ветви изменять прямой ток от 0 до 10 мА (с шагом 1 мА), при снятии обратной ветви изменять обратное напряжение от 0 до 15 В с шагом 1 В; для светодиодов АОЛ302 обратное напряжение не должно превышать 2 В. Построить графики всех ВАХ, прямые ветви ВАХ всех диодов представить на одном графике, обратные – на другом.

3. Определить параметры вольт-амперных характеристик и, для чего графически либо аналитически представить прямые ветви ВАХ всех диодов в координатахот, аппроксимировать полученные зависимости прямыми и определитьи, как описано в разд. 2.

4. Построить зависимость от, используя данные для различных материалов из п. 5.3. Оси координат рекомендуется использовать такие же, как на рис. 1.3. Сравнить полученную зависимость с рис. 1.3.

5. Построить зависимость при= 5 мА от, используя экспериментальные данные разных диодов, и сравнить ее с данными таблицы.

6. Сравнить значения обратных тонов при = 5 В диодов из различных материалов с данными таблиц и рис. 1.3 и сделать заключение о физической природе обратного тока диодов.

6. Вопросы и задания для подготовки и защиты работы

1. Объясните, почему зависимость тока от напряжения в диоде имеет экспоненциальный характер.

2. Какие факторы приводят к отличию ВАХ реального диода и ВАХ идеализированного р–n-перехода? Как каждый из этих факторов влияет на ВАХ?

3. Объяснить физическую природу токов насыщения и термогенерации в p–n-переходе, их зависимость от обратного напряжения и параметров перехода.

4. Как ток насыщения зависит от ширины запрещенной зоны полупроводникового материала? Почему эта зависимость при логарифмическом масштабе по оси токов отражается прямой линией? Чем определяется ее угловой коэффициент?

5. Как ток термогенерации в p-n-переходе зависит от ширины запрещенной зоны полупроводникового материала? Почему эта зависимость в логарифмическом масштабе по оси токов отражается прямой линией? Чем определяется ее угловой коэффициент?

6. Объясните связь прямого напряжения на диоде при заданном прямом токе с шириной запрещенной зоны полупроводникового материала.

7. Объясните методику измерения вольт-амперных характеристик диодов. Чем обусловлено различие схем для снятия точек на прямой и обратной ветвях ВАХ?

8. Имеется кремниевый p–n-переход:= 10²¹м^–3,= 10²⁰м^–3. Вычислить:

8.1) высоту потенциального барьера , если внешнее напряжение= 0, собственная концентрация= 1.5·10¹⁰см^–3;

8.2) координаты границ обедненной области с каждой стороны перехода, если внешнее напряжение = –10 В,= 1.062·10^–14Ф/см;

8.3) барьерную емкостьпри внешнем напряжении= –10 В, если площадь поперечного сечения= 10^–8м².

9. Вычислить, как уменьшается барьерная емкость диода с резким переходом при увеличении модуля внешнего напряжения на 1 В, если известно, что при = –5 В= 20 пФ.

10. Имеется германиевый диод: = 10¹⁸см^–3,= 10¹⁴см^–3,

= 10^–3см²,= 40 см² с^–1,Т= 300 К,= 2  10¹³см^–3,= 10^–3см, где– толщина обедненной области. Вычислить:

10.1) равновесные концентрации носителей в pиnобластях;

10.2) высоту потенциального барьера ;

10.3) обратный ток насыщения ;

10.4) ток через переход и приложенное напряжение на границе режима с низким уровнем инжекции.

11. Рассчитать контактную разность потенциалов в кремниевом p–n-переходе с концентрацией доноров вn-области 5  10¹⁵см^–3и концентрацией акцепторов вp-области 2  10¹⁸см^–3.

12. Для кремниевого р–n-перехода площадью (100100) мкм²с концентрацией акцепторов вp-области 2  10¹⁸см^–3и концентрацией доноров вn-области 510¹⁵см^–3рассчитать емкость при внешнем напряжении, равном нулю.

13. Рассчитать прямое напряжение при токе 1 мА на кремниевом p–n-переходе с параметрами:

n-область: концентрация доноров 5  10¹⁵см^–3, диффузионная длина дырок 0.3 мм;

р-область: концентрация акцепторов 2  10¹⁶см^–3, диффузионная длина электронов 0.1 мм;

площадь перехода (20 20) мкм².

Лабораторная работа № 2