Geum.ru

Учебное пособие Павлодар Кереку 2010 удк 53 (075. 8) Ббк 22. 3я73

Вид материалаУчебное пособие
Вк3 — переключатель, подающий напряжение на один из диодов; тА
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


Контрольные вопросы
  1. Каковы общие принципы работы лазера?
  2. Что такое спонтанное и вынужденное излучения? В чем их отличие?
  3. Что такое инверсная заселенность? Каким образом осуществляется инверсная заселенность в лазере?
  4. На каких спектральных линиях осуществляется генерация лазере? Являются ли условия генерации на каждой линии независимыми?
  5. Какова роль резонатора в формировании геометрии выходного пучка и его спектрального состава?


2.3 Исследование полупроводниковых диодов
  1. Цель работы: изучить механизм образования р-n перехода, а также физические процессы, приводящие к образованию прямого и обратного токов в полупроводниковом диоде..
  2. Оборудование: все необходимые для исследования приборы смонтированы по схеме (рисунок 2).
  3. Теоретическое введение

Электронно-дырочный переход, или как его называют р-n переход, образуется на границе между полупроводниками с дырочной (р-типа) и электронной (n-типа) проводимостью. Он представляет собой некоторую область внутри кристалла на границе между двумя его частями с разным типом проводимости и является основным элементом во многих полупроводниковых приборах.

В кристалле р-типа основными носителями заряда являются дырки, которые в основном образуются благодаря наличию в кристалле акцепторной примеси. Не основными носителями в таком кристалле являются электроны, которые образуются за счет

собственных атомов кристалла. В кристалле n-типа основными носителями заряда являются электроны, которые образуются благодаря наличию донорной примеси. Неосновными носителями здесь являются дырки, которые образуются за счет собственных атомов кристалла.

При создании электрического контакта между кристаллами через него устремляются из одного кристалла в другой диффузионные потоки свободных электронов и дырок. В кристалле р-типа концентрация дырок значительно больше, чем в кристалле n-типа и потому из первого во второй будут переходить преимущественно дырки. По той же причине из кристалла n-типа в кристалл р-типа будут преимущественно переходить электроны.

Электроны, перешедшие из кристалла n-типа в кристалл р-типа, рекомбинируют здесь с дырками. Рекомбинация происходит в тонком слое этого кристалла, прилегающем к границе кристаллов. В результате рекомбинации отрицательный заряд ионов акцепторной примеси в этом слое не компенсируется теперь положительным зарядом дырок и весь слой заряжается отрицательно. В кристалле n-типа в результате рекомбинации электронов с перешедшими сюда из кристалла р-типа дырками пограничный слой заряжается положительно потому, что положительный заряд ионов в донорной примеси не компенсируется отрицательным зарядом свободных электронов. В области контакта, образуется двойной электрический слой объемных зарядов, напряженность которого направлена от кристалла n-типа к кристаллу р-типа.

Приконтактная область обладает большим электрическим сопротивлением, так как концентрация свободных носителей заряда в ней очень мала. Эта приконтактная область и называется р-n переходом. Электрическое поле, возникшее в области р-п перехода, препятствует дальнейшему переходу основных носителей заряда через контакт.

Поток основных носителей заряда через р-n переход представляет собой диффузионный ток /д. Одновременно с движением основных носителей заряда, через р-n переход движутся не основные носители, причем их поток противоположен потоку основных носителей (электроны переходят из кристалла р-типа в кристалл n-типа, а дырки — в противоположном направлении). Не основные носители заряда не встречают потенциального барьера в области р-n перехода, наоборот, если благодаря тепловому движению не основной носитель заряда попадет в область р-n перехода, то электрическое поле в нем способствует его движению из одного кристалла в другой. Поток не основных носителей через р-n переход создает дрейфовый ток /н. В условиях равновесия токи /д и /н по абсолютной величине равны, а так как они направлены в противоположные стороны, то результирующий ток через переход / = /д + /н = 0.

Внешнее напряжение, приложенное к р-п переходу, нарушает равновесие, и следовательно, результирующего тока через р-n переход, в этом случае, не будет. Внешнее напряжение будем считать положительным (U>0), если потенциал кристалла р-типа больше, чем кристалла n-типа. В этом случае внешнее электрическое поле в р-n переходе направлено против «контактного», а следовательно, уменьшает его напряженность и уменьшает высоту потенциального барьера. Внешнее напряжение будем считать отрицательным (U<0), если потенциал кристалла n-типа больше, чем потенциал кристалла р-типа. В этом случае внешнее электрическое поле направлено так же, как и контактное, и, следовательно, увеличивает высоту потенциального барьера. Положительное внешнее напряжение называют также прямым, а отрицательное — обратным.

Когда к р-n переходу приложено обратное напряжение (U<0), высота потенциального барьера увеличивается, что еще больше затрудняет переход основных носителей заряда через контакт. Через переход пойдет ток, образованными не основными носителями,, который называется обратным током. При комнатной температуре он очень мал.

Когда к р-n переходу приложено прямое напряжение (U>0), высота потенциального барьера уменьшается и открывается возможность перехода через р-n переход потока основных носителей. Они образуют прямой ток.

Зависимость тока через р-n переход от приложенного к нему напряжения называется его вольтамперной характеристикой (рисунок 1) где U — внешнее напряжение, приложенное к р-п переходу с учетом знака.




Рисунок 1


1У. Описание установки и метода измерений

В работе снимаются вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов и определяется коэффициент выпрямления.. Принципиальная схема установки приведена на рисунке 2. Здесь R1— потенциометр, позволяющий изменять величину напряжения, подаваемого на исследуемый диод; П — переключатель полярности тока, подводимого к диоду; Вк2 — переключатель приборов на прямое и обратное направление;



Рисунок 2

Вк3 — переключатель, подающий напряжение на один из диодов; тА —амперметр с двумя шкалами: 0 - 20 ма для прямого тока, 0-100 мка для обратного тока; V — вольтметр с диапазонами: 0 - 2в при прямом включении, 0 - 20 в— при обратном. Необходимая температура устанавливается переключателем регулятора температуры.

У. Порядок выполнения работы
  1. Перед включением установки в сеть ставят: тумблер «сеть» в положение «выключено»; ручку регулировки напряжения R1 в крайнее левое положение (повернуть до отказа против часовой стрелки); переключатели П («полярность») и Вк2 (переключатель приборов) в положение «прямое». Включают установку в сеть. Тумблер «сеть» ставят в положение «включено».
  2. Изменяя величину приложенного напряжения в пределах от 0 до 1,3 б через 0,1 в, определяют каждый раз ток, проходящий через диод, по шкале 0-20 ма.
  3. Перед снятием зависимости тока от напряжения в обратном направлении напряжение надо выключить (ручку регулировки напряжения повернуть против часовой стрелки до отказа). Все переключения (приборов и диодов) производить только при нулевом показании вольтметра (ручка R1 выведена влево).
  4. Сначала переключатель П, а затем Вк2 ставят в положение «обратное». Изменяя напряжение в пределах 0-8 в через 1в, определяют ток в микроамперах (шкала 0-100 мка) диодов (пункты 2, 3).
  5. На одном графике строят вольтамперные характеристики при прямом и обратном включении исследуемого полупроводникового диода при комнатной температуре.

9. Вычисляют коэффициент выпрямления (К), (отношение прямого тока к обратному при одинаковых абсолютных значениях напряжения) для исследуемых диодов. Пользуясь вольтамперными характеристиками диодов можно построить зависимость коэффициентов выпрямления от напряжения, приложенного к диоду.


Таблица 1

U,в

























Iпр, ма
























Iобр, мка
























К