Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫХ ПЕРЕХОДОВ С ТУННЕЛЬНЫМ ЭФФЕКТОМ

1.Цель лабораторной работы

Ознакомиться с физическими основами работы электронно-дырочных переходов, работающих при наличии туннельного эффекта, приобрести навыки экспериментального исследования электронно-дырочных переходов с туннельным эффектом, исследовать влияние материала полупроводника и температуры окружающей среды на характеристики и параметры электронно-дырочных переходов при наличии туннельных переходов носителей заряда.

Лабораторная работа включает в себя:

• самостоятельную подготовку теоретического материала;

• входной тестовый контроль;

• теоретический коллоквиум;

• экспериментальные исследования;

• обработку экспериментальных данных;

• анализ полученных результатов;

• оформление отчета.

Проверить полноту подготовки можно по вопросам для самопроверки.

2.Схемы экспериментальных исследований

При проведении экспериментальных исследований снимается вольтамперная характеристика маломощных германиевого и арсенид-галлиевого электронно-дырочных переходов с туннельным эффектом, причем лабораторная установка позволяет исследовать как прямые ветви, так и обратные ветви вольтамперных характеристик электронно-дырочных переходов с туннельным эффектом (рис.1, 2).

Рис. 1. Схема лабораторной установки для снятия прямой ветви ВАХ электронно-дырочных переходов с туннельным эффектом

Рис. 2. Схема лабораторной установки для снятия обратной ветви ВАХ электронно-дырочных переходов с туннельным эффектом

При снятии прямой ветви ВАХ электронно-дырочных переходов с туннельным эффектом (см. рис.1) задаются значениями прямого тока и измеряют напряжение на p-n-переходе, соответствующее заданному значению тока. Напряжение регулируется с помощью источника входного напряжения, которое может изменяться в диапазоне от 0 до 5 В. Особое внимание следует обратить на точность нахождения характерных точек прямой ветви вольтамперной характеристики, соответствующих току пика I_П (напряжение пика U_П), току впадины I_ВП (напряжение впадины U_ВП) и напряжению раствора U_Р.

При снятии обратной ветви ВАХ электронно-дырочных переходов с туннельным эффектом (см. рис.2) задаются значениями обратного тока и измеряют величину обратного напряжения, соответствующую данному значению обратного тока. Напряжение регулируется с помощью источника напряжения, которое может изменяться в диапазоне от 0 до 5 В.

3.Лабораторное задание

1. Записать параметры исследуемых электронно-дырочных переходов с туннельным эффектом (см. прил. 2,3 или [10]).

2. Собрать схему измерений для снятия прямой ветви ВАХ германиевого электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом (см. рис.1). Не вставляя разъем с исследуемым полупроводниковым прибором в стенд, включить питание лабораторной установки. Выставить входное напряжение, подаваемое на исследуемый прибор, равное нулю, вставить разъем с исследуемым электронно-дырочным переходом в ответную часть разъема лабораторной установки. Лабораторную установку не выключать до окончания данного эксперимента. Перед выключением необходимо изъять из лабораторной установки разъем с исследуемым прибором, предварительно установив напряжение на входе равное нулю.

Это важно!

При экспериментальных исследованиях электронно-дырочных переходов с туннельным эффектом не включать и не выключать питание лабораторной установки во избежание выхода из строя исследуемых приборов. Последовательность установки и извлечения из стенда исследуемого прибора должна быть такой, как это указано в п. 4.2.

3. Снять прямую ветвь вольтамперной характеристики электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом. Вначале определить точки экстремума вольтамперной характеристики, которые соответствуют значениям токов пика I_П и впадины I_ВП. При снятии характеристики задаваться значениями прямого тока (предварительно разбив каждый участок прямой ветви ВАХ на 5 – 8 точек) и измерять при этом величины прямого напряжения. С помощью регулятора напряжения «U_ВХ точно» определять величины I_П, U_П, I_ВП, U_ВП. Диффузионную ветвь характеристики снимать до величины тока, равную току пика, определив при этом значение напряжения раствора U_Р.

4. Собрать схему для снятия обратной ветви ВАХ германиевого электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом (см. рис.2). При включении лабораторной установки неукоснительно соблюдать последовательность и требования п. 2, во избежание вывода из строя исследуемого прибора.

5. Снять обратную ветвь ВАХ германиевого электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом I_ОБР = f(U_ОБР), изменяя величину обратного напряжения. При снятии обратной ветви ВАХ необходимо задаваться значениями обратного тока в диапазоне от 0 до I_П и измерять при этом величину обратного напряжения.

6. Исследуемый германиевый электронно-дырочный переход с туннельным эффектом поместить в термостат, предварительно нагретый до +70С. Через 5 мин повторить действия, указанные в пунктах 2 – 5.

7. Собрать схему измерений для снятия прямой ветви ВАХ арсенид-галлиевого электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом (см. рис.1).

8. Снять при комнатной температуре прямую ветвь ВАХ арсенид-галлиевого p-n перехода с туннельным эффектом, воспользовавшись рекомендациями п. 3.

9. Собрать схему для снятия обратной ветви вольтамперной характеристики арсенид-галлиевого электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом (см. рис.2).

10. Снять при комнатной температуре обратную ветвь ВАХ арсенид-галлиевого перехода U_ОБР = f(I_ОБР), изменяя величину обратного напряжения и пользуясь рекомендациями п. 5.

11. Довести температуру термостата до (70 – 75) С. Поместить в термостат исследуемый арсенид-галлиевый электронно-дырочный переход с туннельным эффектом и через 5 мин повторить п. 7 – 10.