ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
ВВЕДЕНИЕ
Полупроводниковые диоды играют важную роль в современной
электронике как самостоятельный класс приборов, так и в качестве модели для
понимания работы других полупроводниковых приборов. Полупроводниковый
диод содержит выпрямляющий переход, образованный p-n-переходом или
контактом металл-полупроводник. В этом переходе и прилегающих к нему
областях происходят разнообразные физические процессы, которые могут
приводить к эффекту выпрямления, к нелинейному росту тока с увеличением
напряжения, к лавинному размножению носителей заряда при ударной ионизации
атомов полупроводника , к туннелированию носителей сквозь потенциальный
барьер выпрямляющего электрического перехода, к изменению барьерной
емкости с изменением напряжения, к эффекту накопления и рассасывания
неосновных носителей заряда в прилегающих к выпрямляющему переходу
областях. Все эти эффекты используют для создания различных видов
полупроводниковых диодов: выпрямительных , смесительных , стабилитронов,
варикапов и др . Целью рассмотренных ниже лабораторных работ является
изучение основных физических явлений в полупроводниковых диодах. В первой
работе исследуются механизмы протекания электрического тока в диодах с p-n-
переходом, во второй работе рассматриваются процессы накопления и
рассасывания заряда при переключении из прямого направления в обратное, в
третей изучается вольт- амперная характеристика диода Шоттки .
1. ДИОДЫ НА ОСНОВЕ P-N-ПЕРЕХОДОВ
1.1 Вольт-амперная характеристика
Прежде всего рассмотрим вольт- амперные характеристики диодов на
основе узкозонных полупроводников, например, германиевых , у которых ширина
запрещенной зоны E
g
=0,66 эВ (<1 эВ ). В этом случае при прямом смещении
необходимо учитывать только механизм инжекции неосновных носителей, или
надбарьерную эмиссию (рис. 1а), а при обратном смещении – тепловую
генерацию электронно -дырочных пар через глубокие примесные центры (ионы
Cu, Au, Pt, Fe и т.д.) с уровнем E
t
в толще p-n-областей диода (рис. 1б ).
Из решения уравнений непрерывности для дырок в n-области (x
n
<x≤d
n
) и
электронов в p-области (-d
p
≤x≤-x
p
)
−
−=
−
−=
,
)(
)(
1
,
)(
)(
1
n
p
n
p
n
p
nxn
dx
xdj
q
pxp
dx
xdj
q
τ
τ
(1)
ВВЕ Д Е Н И Е
П о лупр о во дни ко вые ди о ды и гр а ю т ва ж ную р о ль в со вр е ме нно й
эле ктр о ни ке ка к са мо сто яте льный кла сс пр и б о р о в, та к и в ка че стве мо де ли для
по ни ма ни я р а б о ты др уги х по лупр о во дни ко вых пр и б о р о в. П о лупр о во дни ко вый
ди о д со де р ж и т выпр ямляю щ и й пе р е хо д, о б р а зо ва нный p-n-пе р е хо до м и ли
ко нта кто м ме та лл-по лупр о во дни к. В это м пе р е хо де и пр и ле га ю щ и х к не му
о б ла стях пр о и схо дят р а зно о б р а зные фи зи че ски е пр о це ссы, ко то р ые мо гут
пр и во ди ть к эффе кту выпр ямле ни я, к не ли не йно му р о сту то ка с уве ли че ни е м
на пр яж е ни я, к ла ви нно му р а змно ж е ни ю но си те ле й за р яда пр и уда р но й и о ни за ци и
а то мо в по лупр о во дни ка , к тунне ли р о ва ни ю но си те ле й скво зь по те нци а льный
б а р ье р выпр ямляю щ е го эле ктр и че ско го пе р е хо да , к и зме не ни ю б а р ье р но й
е мко сти с и зме не ни е м на пр яж е ни я, к эффе кту на ко пле ни я и р а сса сыва ни я
не о сно вных но си те ле й за р яда в пр и ле га ю щ и х к выпр ямляю щ е му пе р е хо ду
о б ла стях. В се эти эффе кты и спо льзую т для со зда ни я р а зли чных ви до в
по лупр о во дни ко вых ди о до в: выпр ями те льных, сме си те льных, ста б и ли тр о но в,
ва р и ка по в и др . Ц е лью р а ссмо тр е нных ни ж е ла б о р а то р ных р а б о т являе тся
и зуче ни е о сно вных фи зи че ски х явле ни й в по лупр о во дни ко вых ди о да х. В пе р во й
р а б о те и ссле дую тся ме ха ни змы пр о те ка ни я эле ктр и че ско го то ка в ди о да х с p-n-
пе р е хо до м, во вто р о й р а б о те р а ссма тр и ва ю тся пр о це ссы на ко пле ни я и
р а сса сыва ни я за р яда пр и пе р е клю че ни и и з пр ямо го на пр а вле ни я в о б р а тно е , в
тр е те й и зуча е тся во льт-а мпе р на я ха р а кте р и сти ка ди о да Ш о ттки .
1. Д И О Д Ы Н А О С Н О В Е P-N-П Е Р Е Х О Д О В
1.1 В ол ь т-ам перная харак теристик а
П р е ж де все го р а ссмо тр и м во льт-а мпе р ные ха р а кте р и сти ки ди о до в на
о сно ве узко зо нных по лупр о во дни ко в, на пр и ме р , ге р ма ни е вых, у ко то р ых ш и р и на
за пр е щ е нно й зо ны Eg=0,66 эВ (<1 эВ ). В это м случа е пр и пр ямо м сме щ е ни и
не о б хо ди мо учи тыва ть то лько ме ха ни зм и нж е кци и не о сно вных но си те ле й, и ли
на дб а р ье р ную эми сси ю (р и с. 1а ), а пр и о б р а тно м сме щ е ни и – те пло вую
ге не р а ци ю эле ктр о нно -дыр о чных па р че р е з глуб о ки е пр и ме сные це нтр ы (и о ны
Cu, Au, Pt, Fe и т.д.) с ур о вне м Et в то лщ е p-n-о б ла сте й ди о да (р и с. 1б ).
И з р е ш е ни я ур а вне ни й не пр е р ывно сти для дыр о к в n-о б ла сти (xn
