Санкт-Петербургский государственный электротехнический

университет

Кафедра Электроакустики и ультразвуковой техники

И. Г. Сидоренко, П. В.Пашков, М. М. Шевелько, С. Ю. Шевченко

Исследование статических характеристик

полупроводниковых приборов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ по курсу «Элементная база электроники»

Санкт-Петербург

2011

Пособие посвящено изучению основного состава элементов электроники, их назначению, классификации, конструктивному исполнению, основным характеристикам, правилам обозначения.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Рис. 1

Лабораторный стенд для исследования статических вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов (рис. 1) в своем составе содержит:

• исследуемые полупроводниковые приборы (диод (1), стабилитрон(2), тиристор(3), биполярный транзистор(4), полевой транзистор(5));

• встроенный блок питания, обеспечивающий стенд тремя независимо изменяющимися напряжениями;

• универсальный цифровой мультиметр для измерения токов и напряжений с индикацией результатов на двухстрочном жидкокристаллическом дисплее. В нижней части лицевой панели лабораторного стенда расположены кнопки управления схемой коммутации с индикацией ее состояния посредством светодиодов, а также ручки потенциометров, управляющих напряжениями встроенных источников питания E1, E2 и E3.

Изменение состояния схемы коммутации стенда производится однократным нажатием соответствующей кнопки и удержанием ее в течение 0,5 сек. В правом верхнем углу находится жидкокристаллический дисплей мультиметра с кнопками переключения страниц выводимой информации. Расположение страниц следующее:

►►

В левом верхнем углу - выключатель питания (Сеть). В средней зоне – мнемосхема лабораторного стенда.

На задней панели расположены сетевой предохранитель и разъем связи с ЭВМ. Все измерения, выполняемые в ходе выполнения лабораторной работы, проводятся на постоянном токе.

Для снижения влияния температуры при прогреве исследуемых полупроводниковых приборов в ходе эксперимента используются облегченные режимы их работы, соответствующие начальным участкам их вольт-амперных характеристик. С целью повышения чистоты экспериментов в области высоких токов и напряжений рекомендуется проводить кратковременные измерения с промежутками между ними, достаточными для охлаждения прибора.

Лабораторная работа № 1 исследование статических вольт-амперных характеристик диода и стабилитрона

Цель работы

1. Изучение статических вольт-амперных характеристик диода и стабилитрона;

2. Приобретение навыков экспериментального измерения статических вольт - амперных характеристик маломощных полупроводниковых приборов.

Краткие теоретические сведения

Полупроводниковыми диодами называют двухэлектродные полупроводниковые приборы с выпрямляющим электрическим переходом. В качестве выпрямляющего электрического перехода применяется p-n-переход, гетеропереход или выпрямляющий контакт металла с полупроводником (диод Шоттки).

В зависимости от способа изготовления диоды бывают точечными, сплавными, эпитаксиальными и др.

По функциональному назначению диоды делятся на выпрямительные, универсальные, импульсные, смесительные, детекторные, модуляторные, переключающие, умножительные, стабилитроны (стабисторы), варикапы, туннельные, обращенные, параметрические, фотодиоды, светодиоды, лазерные диоды, магнитодиоды, диоды Ганна и др.

Подавляющее большинство полупроводниковых диодов представляет собой структуру, состоящую из областей n-типа и p-типа, имеющих различную концентрацию примесей и разделенных электронно-дырочным переходом.

Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом. Условное обозначение диода на схемах приведено на рис. 1.

Рис. 1. Условное обозначение диода

Независимо от способа изготовления полупроводникового диода концентрация примесей в базе (Б) всегда меньше, чем в эмиттере (Э), поэтому электронно-дырочный переход оказывается сдвинутым в область базы, то есть является несимметричным. Вследствие низкой концентрации примеси база обладает значительным сопротивлением.

На рис. 2 показан пример p-n-структуры, изготовленной по комбинированной технологии, широко используемой при производстве интегральных схем.

Рис. 2. p-n-структура полупроводникового диода

На кремниевой подложке n⁺-типа (с высокой концентрацией примесей) выращивают эпитаксиальный слой n-типа (с низкой концентрацией примесей). Затем поверхность выращенного слоя окисляют, в результате чего образуется изоляционный слой SiO₂ толщиной около 1мкм, в котором создают окна и через них методом диффузии вводят акцепторную примесь, изменяющую тип электропроводимости выращенного кристалла. В результате образуется p+-слой с высокой концентрацией примеси, отделенный от n-области электронно-дырочным переходом. Затем осуществляют омические контакты с n+ и p+ областями путем напыления алюминия. В процессе изготовления кремниевой пластины создается большое количество одинаковых p-n структур. Такую пластину разделяют на отдельные кристаллики, каждый из которых монтируют в герметичном металлическом, пластмассовом или стеклянном корпусе, защищающем кристалл от воздействия окружающей среды, а базу и эмиттер через омические контакты соединяют с внешними выводами.