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

Программное обеспечение для предварительных испытаний манипулятора грунтозаборного комплекса космического аппарата Фобос-грунт
Важным этапом отработки агрегатов и устройств КА является процесс их испытаний. Современные испытания немыслимы без автоматизации испытаний, наряду с исполь ...

Проект трассы волоконно-оптической линии связи между г. Елец и г. Липецк
В настоящее время развития цифровых технологий и построения сетей NGN, где основу предоставления услуг определяют сети широкополосного доступа, объемы перед ...

Проект кабельной линии
Железнодорожная сеть представляет собой единую, работающую по общему плану систему, части которой взаимодействуют друг с другом. Работа всех звеньев министе ...