Исследование полупроводниковых диодов

Цель работы: исследование основных свойств p-n-перехода, вольт-амперных характеристик и параметров германиевых и кремниевых диодов и стабилитрона.

Оборудование и принадлежности: лабораторный стенд, германиевый диод Д9, кремниевый диод КД103, стабилитрон Д814, провода соединительные.

Основные теоретические сведения

Полупроводниковым диодом называется двухэлектродный прибор с выпрямляющим электрическим переходом. В качестве выпрямляющего электрического перехода применяются p-n-переход или выпрямляющий контакт металла с полупроводником.

Большинство полупроводниковых диодов представляют собой структуру, состоящую из областей p- и n-типа, имеющих различную концентрацию примесей и разделенных электронно-дырочным переходом, область с высокой концентрацией примеси (порядка 1018см-3) называют эмиттером. Область с низкой концентрацией примеси (порядка 1014 - 1016 см-3) - базой.

Полупроводниковый диод как элемент электрической цепи является нелинейным двухполюсником, т. е. электронным прибором с двумя внешними выводами и нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Он выполняет функцию преобразования сигналов (выпрямление, детектирование, умножение частоты, преобразование световой энергии в электрическую и др.).

На рис. 1 приведена типовая ВАХ диода. Вольт-амперная характеристика идеального p-n-перехода и диода выражается уравнением:

, где I0 - обратный ток, U- внешняя разность потенциалов -температурный потенциал.

Параметры диода, определяемые по ВАХ (рис.2):

1. прямое сопротивление диода по постоянному току

. обратное сопротивление диода по постоянному току

3. дифференциальное прямое сопротивление диода

4. дифференциальное обратное сопротивление диода ;

5. дифференциальное сопротивление стабилитрона в области стабилизации

.

В основу классификации диодов положены различные признаки - вид электрического перехода (точечный и плоскостной диоды), физические процессы в переходе (туннельный диод, лавинно-пролетный и др.), характер преобразования энергии сигнала (светодиод, фотодиод и др.), метод изготовления электрического перехода (сплавные, диффузионные, эпитаксиальные диоды и др.) и т. п. В справочниках по полупроводниковым приборам обычно проводится классификация диодов по применению в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) или по назначению. При этом отражается принцип использования преобразующих и нелинейных свойств электрического перехода (выпрямительные и импульсные диоды, преобразовательные, переключательные, варикапы, стабилитроны и т.д.), диапазон рабочих частот (низкочастотные, высокочастотные, СВЧ-диоды, диоды оптического диапазона и др.), исходный материал для изготовления диодной структуры (кремниевые, селеновые, германиевые, арсенид-галлиевые диоды и др.).

По типу конструкции различают точечные и плоскостные полупроводниковые диоды. Точечный диод - это прибор, в котором размеры электрического перехода меньше размеров областей, окружающих его и определяющих физические процессы в переходе. Такой переход возникает, например, при вплавлении кончика металлической иглы в полупроводниковую пластину с одновременной присадкой легирующего вещества.

Плоскостной диод представляет собой прибор, в котором р-n переход возникает на значительной по площади (до 1000 мкм2 в силовых выпрямительных диодах) границе между полупроводниками р- и n- типов. В таких диодах переход получается методом сплавления полупроводниковых пластин p- и n-типов или диффузии в исходную полупроводниковую пластину примесных атомов.

К особой разновидности плоскостных диодов относятся полупроводниковые стабилитроны, которые применяются для стабилизации напряжения в электрических цепях. В этих диодах используется явление неразрушающего электрического пробоя р-n-перехода при определенных значениях обратного напряжения (рис.3). Значение напряжения неразрушающего пробоя определяется конструкцией p-n-перехода и электрофизическими свойствами полупроводника.

Требования безопасности труда

Интересное из раздела

20-разрядный аналого-цифровой преобразователь, изготовленный по технологии КМОП 0,9 пм
Традиционные конструкции аналого-цифровых преобразователей (АЦП) использовали параллельную архитектуру и биполярные технологии для получения 8-битного разрешени ...

Метрологические характеристики уровнемеров
Многообразие применяемых типов измерительных преобразователей, повышение требований к точности и надежности работы систем приводят к необходимости использов ...

История появления полупроводниковых интегральных схем
сентября 1958 года сотрудник фирмы Texas Instruments (TI) Джек Килби продемонстрировал руководству три странных прибора - склеенные пчелиным воском на стеклянно ...