Лабораторна робота №2 «Дослідження напівпровідникових діодів» Мета роботи: вивчення принципу роботи та основних властивостей основних типів напівпровідникових діодів, які застосовуються в електронній техніці, експериментальне визначення їх характеристик та параметрів. 1. Основні теоретичні положення Основою багатьох типів напівпровідникових діодів є електронно-дірковий перехід. Електронно-дірковим, або pn-переходом навивається тонкий перехідний шар, утворений на межі між двома контактуючими між собою ділянками напівпровідника, одна з яких має електронну, або n-провідніоть, а друга - діркову, або p-провідність. Якщо лінійні розміри переходу, які визначають його площу, набагато перевищують його товщину, то такий перехід називають площинним, в противному разі перехід називають точковим. Розглянемо фізичні процеси, які відбуваються в площинному переході між різко вираженими областями з n- та р-провідністю, створеними в монокристалі напівпровідника (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Монокристал напівпровідника з областями p- та n-провідності
Концентрація електронів в n-області напівпровідника (основних носіїв зарядів n-області) є набагато більшою, ніж в p-області, для якої вони є неосновними носіями зарядів. Концентрація дірок в р-області напівпровідника (основних носіїв зарядів р-області) є набагато більшою, ніж в n-області, для якої вони є неосновними носіями зарядів. Завдяки існуючому градієнтові (перепадові) концентрації основних носіїв зарядів між областями розпочнеться дифузія основних носіїв зарядів із області з високою концентрацією в область з низькою концентрацією, тобто електронів з n-області в р-область і дірок з р-добласті в n-область. Основні носії зарядів, які перейдуть через межу в сусідню область, стають в ній неосновними і рекомбінують з її основними носіями зарядів, що приводить до утворення з обох сторін межі між р і n областями двох шарів нескомпенсованих зарядів іонів домішок: негативних іонів акцепторних домішок в р-області та позитивних іонів донорних домішок в n-області (рис. 1.2,а). Ці два шари іонів збіднені основними носіями зарядів і мають дуже малу електропровідність. Вони власне і утворюють pn-перехід. Просторові заряди іонів приграничних шарів створюють внутрішнє електричне поле pn-переходу, направлене від n- до р-області. В pn-переході виникає різниця потенціалів, яку називають контактною рівницею потенціалів (кo, або потенціальним бар'єром (рис. 1.2,б). Потенціальний бар'єр перешкоджає подальшій зустрічній дифузії основних носіїв заядів. При кімнатній температурі лише невелика кількість основних носіїв зарядів має достатню енергію для подолання потенціального бар'єру і продовження дифузійного руху через pn-перехід. Якраз такі носії і створять дифузійний струм Ідиф, через перехід, який е направлений від р- до n-області напівпровідника.
Рис. 1.2. Електронно-дірковий перехід при відсутності зовнішньої напруги (а) та його потенціальна діаграма (б) Рівночасно з гальмівним впливом на основні носії зарядів контактна різниця потенціалів створює умови для безперешкодного руху через pn-перехід неосновних носіїв зарядів - електронів з р-області в n-область та дірок n-області в р-область. Неосновні носії зарядів створюють дрейфовий струм Ідр, направлений від n- до р-області. Таким чином, в ізольованому напівпровіднику через pn-перехід проходять два однакові зустрічно направлені струми: дифузійний струм Ідиф та дрейфовий струм Ідр. В результаті в pn-переході установлюється динамічна рівновага, при якій ці однакові, але зустрічно направлені струми, взаємно себе компенсують, завдяки чому результуючий струм через pn-перехід дорівнює нулеві. Якщо до pn-переходу прикласти зовнішню напругу, тоді стан динамічної рівноваги переходу порушиться. Зовнішню напругу можна прикласти до pn-переходу прямо або у зворотньому напрямі. У випадку прямого прикладання напруги негативний полюс джерела напруги підмикаеться до n-області напівпровідника, а позитивний - до р-області (рис. І.3). Під впливом ел...