- •Полупроводниковые приборы
- •Содержание
- •Введение
- •1. Исследование выпрямительных диодов и степени их соответствия техническим условиям
- •Справочные данные на диоды
- •2Д213а, 2д213б, 2д213в, 2д213г, кд213а, кд213б, кд213в, кд213г
- •Электрические параметры
- •Предельные эксплуатационные данные
- •Д311, д311а, д311б
- •Предельные эксплуатационные данные
- •2. Исследование характеристик кремниевого стабилитрона и их анализ
- •Справочные данные на стабилитроны д814а, д814б, д814в, д814г, д814д
- •Электрические параметры
- •Предельные эксплуатационные данные
- •3. Исследование биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером
- •Справочные данные транзисторов кт315 и кт361 кт315а, кт315б, кт315в, кт315г, кт315д, кт315е, кт315к, кт315и
- •Электрические параметры
- •Предельные эксплуатационные данные
- •Транзисторы кт361а, кт361б, кт361в, кт361г, ктз61е
- •Электрические параметры
- •Предельные эксплуатационные данные
- •4. Исследование биполярного транзистора в схеме с общей базой
- •5. Определение малосигнальных и физических параметров биполярных транзисторов и составление эквивалентных схем замещения.
- •6. Исследование полевого транзистора с управляющимp-n-переходом
- •2Пзоза, 2пзозб, 2пзозв, 2пзозг, 2пз03д, 2пзозе, 2пзози, кпзоза, кпзозб, кпзозв, кпзозг, кпзозд, кпзозе, кпзозж, кпзози
- •Электрические параметры
- •Предельные эксплуатационные данные
- •7. Исследование полевого транзистора с изолированным затвором.
- •8. Исследование импульсных свойств p-n-перехода
- •81. Цель работы
- •8.2. Программа работы
- •8.3. Динамические процессы в р-n-переходе
- •8.4. Описание лабораторной установки
- •8.5. Указания к выполнению работы
- •8.6. Содержание отчета
- •8.7. Вопросы для самоконтроля
- •8.8. Рекомендованная литература
- •9.4. Описание лабораторной установки
- •9.5. Указания к выполнению работы
- •9.6. Содержание отчета
- •9.7. Вопросы для самоконтроля
- •9.8. Рекомендованная литература
- •10. Исследование вольтамперных характеристик полупроводниковых оптопар
- •10.1. Цель работы
- •10.2. Программа работы
- •10.3. Краткие теоретические сведения
- •10.4. Описание лабораторной установки
- •4.5. Указания к выполнению работы
- •4.6. Содержание отчета
- •4.7. Вопросы для самоконтроля
- •4.8. Рекомендованная литература
- •Приложение 1. Описание лабораторного стенда 87л-01 «Луч»
- •Приложение 2. Рекомендации по работе с измерительными приборами
8.8. Рекомендованная литература
1. Соболев В.Д. Физические основы электронной техники. – М.: Высш. шк., 1979.
2. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника. – М.: Высш. шк., 1986.
9. Исследование вольтамперных характеристик полупроводниковых светоизлучающих диодов
9.1. Цель работы
Целью работы является изучение основ физических процессов, лежащих в основе работы светоизлучающих приборов, приобретение практических навыков снятия вольт-амперных характеристик светодиодов.
9.2. Программа работы
9.2.1. Снять прямые ветви ВАХ полупроводникового выпрямительного диода и трех светодиодов (красного, зеленого и желтого цветов).
9.2.2. Определить напряжение и ток включения светодиодов.
9.2.3. Рассчитать статические и динамические сопротивления для каждого из диодов, построить соответствующие графики зависимостей.
9.3. Краткие теоретические сведения
Полупроводниковый излучатель– оптоэлектронный полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию в энергию видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра.
В качестве малоинерционных полупроводниковых источников излучения все шире применяются светоизлучающие диоды (светодиоды), работающие при прямом напряжении. Иногда их называютинжекционными светодиодам,а свечение, возникающее в светодиодах, относят к появлению так называемойинжекционной электролюминесценции.
Электролюминесценциейназывается испускание света твердым телом под действием приложенного электрического напряжения. В процессе электролюминесценции происходит непосредственное преобразование энергии электрического поля в излучение. Этот вид излучения обусловлен рекомбинацией носителей заряда.
Электролюминесценция бывает в основном двух видов: предпробойная и инжекционная.
Предпробойная электролюминесценция возникает при больших напряженностях электрического поля, близких к пробойным. Однако в отличие от явления электрического пробоя для возникновения электролюминесценции достаточно, чтобы поле большой напряженности могло существовать в небольшом объеме люминесцирующего кристалла, например, возле р-n-перехода или у электрода. Остальной объем кристалла в этом случае не дает возможности развиться пробою, разрушающему электролюминесцирующий материал.
Инжекционная электролюминесценция в отличие от предпробойной требует приложения к образцу небольших разностей потенциалов порядка нескольких вольт. Инжекционная электролюминесценция, т.е. генерация оптического излучения в р-n-переходе, объединяет два процесса: инжекцию носителей и собственно электролюминесценцию.
Принцип работы светодиодов заключается в следующем (рис.3.1). При прямом напряжении в полупроводниковом диоде происходит инжекция носителей заряда из эмиттерной области в область базы. Например, если концентрация электронов вn-области много больше (эмиттерная область), чем концентрация дырок вp-области (базовая область), т.е.nn>pp, то происходит инжекция электронов изn-области вp-область. Инжектированные электроны рекомбинируют с основными носителями базовой области, в данном случае с дыркамиp-области. Рекомбинирующие электроны переходят с более высоких энергетических уровней зоны проводимости, близких к ее нижней границе, на более низкие уровни, расположенные вблизи верхней границы валентной зоны. При этом выделяется фотон, энергия которого примерно равна ширине запрещенной зоныW, т.е.
h = hc / W. (9.1)
Подставляя в эту формулу постоянные величины, можно определить ширину запрещенной зоны W(в эВ), необходимую для излучения с той или иной длиной волны(в мкм):
W1,23. (9.2)
Из этого соотношения следует, что для излучения видимого света с длиной волны от 0,38 до 0,78 мкм полупроводник должен иметь W>1,7эВ. Германий и кремний непригодны для светодиодов, так как ширина запрещенной зоны у них слишком маленькая. Для современных светодиодов применяют главным образом фосфид галлияGaPи карбид кремнияSiC, а также некоторые тройные соединения, называемые твердыми растворами, состоящие из галлия, алюминия и мышьяка (GaAlAs) или галлия, мышьяка и фосфора (GaAsP) и др. Внесение в полупроводник некоторых примесей позволяет получать свечения различных цветов.
Помимо светодиодов, дающих видимое свечение, выпускаются диоды инфракрасного (ИК) излучения, изготовляемые преимущественно из арсенида галлия GaAs. Они применяются в фотореле, различных датчиках и входят в состав некоторых оптронов.
Основные параметры светодиодов следующие:
Сила света, измеряемая в канделах (единица силы света, испускаемая стандартным специальным источником) и указываемая для определенного значения прямого тока. У светодиодов сила света обычно составляет до единиц Кд.
Яркость, равная отношению силы света к площади светящейся поверхности (десятки – сотни кандел на см2).
Постоянное прямое напряжение (2-3 В).
Цвет свечения и длина волны, соответствующие максимальному световому потоку.
Максимальный допустимый постоянный прямой ток (десятки мА).
Максимальное допустимое постоянное обратное напряжение (единицы В).
Диапазон температур окружающей среды, при которых светодиод может нормально работать (например, от –60 до +700С).
Для светодиодов обычно рассматриваются следующие характеристики. Яркостная характеристика дает зависимость яркости от прямого тока, а световая характеристика – зависимость силы света от прямого тока. Спектральная характеристика показывает зависимость излучения от длины волны. Вольт-амперная характеристика светодиода такая же, как и у обычного выпрямительного диода. Важной характеристикой является диаграмма направленности излучения, которая определяется конструкцией диода, в частности наличием линзы, и другими факторами. Излучение может быть направленным или рассеянным (диффузным).
Некоторые параметры светодиодов зависят от температуры. Так, например, яркость и сила света с повышением температуры уменьшаются. Быстродействие у светодиодов высокое. Свечение возрастает до максимума в течение примерно 10-8с после подачи на диод импульса прямого тока.
Светодиоды конструируют так, чтобы наружу выходил как можно больший световой поток. Однако значительная часть потока излучения все же теряется за счет поглощения в самом полупроводнике и полного внутреннего отражения на границе кристалл-воздух. Конструктивно светодиоды выполняются в металлических корпусах с линзой, обеспечивающей направленное излучение, или в прозрачном пластмассовом корпусе, создающем рассеянное излучение. Изготовляются также бескорпусные диоды. Масса диода составляет доли грамма.
Светодиоды являются основой более сложных приборов: линейной светодиодной шкалы, цифро-буквенного светодиодного индикатора и др.