Материалы и компоненты электронных средств [РТФ, Самохвалов, 4 семестр] / Материалы электронных средств

В качестве диэлектрика в электролюминесцентных конденсаторах применяются заполимеризованные эпоксидные смолы, меламинформальдегидные смолы, полистирол и т. д. В настоящее время в качестве диэлектрика ЭЛК используется цианэтилцеллюлоза и ее производные, а также цианэтиловый эфир поливинилового спирта. Кроме того, возможно использование ЭЛК неорганических диэлектриков. Яркость свечения ЭЛК увеличивается при повышении до известных пределов диэлектрической проницаемости диэлектрика, в котором содержится порошок электролюминофора. ЭЛК нашли широкое применение в различных областях науки и техники. Они используются в качестве источников света, устройств для световой сигнализации, усилителей и преобразователей света и т. д. Преимуществом электролюминесцентных устройств является возможность непосредственного преобразования электрической энергии в световую, сравнительно малая потребляемая мощность и большой срок службы (до 10 000 ч). Однако ЭЛК обладают относительно малой светоотдачей (не выше 15 Лм/Вт).

4

3

2

1

Рис. 1. Схема устройства электролюминесцентного конденсатора: 1 – стекло, 2 – первый электрод; 3 – слой люминофора с диэлектриком; 4 – второй электрод

31

Основными эксплутационными характеристиками ЭЛК являются яркость и спектр излучения, стабильность яркости во времени (старение электролюминофоров), энергетический выход, инерционные характеристики, температурные зависимости всех характеристик.

Яркость порошкообразных ZnS-электролюминофоров зависит от величины и частоты питающего переменного напряжения.

Вольт-яркостная характеристика ЭЛК (зависимость от яркости В от величины U) хорошо описывается эмпирической формулой

B B0 exp b ,

U

где В0 и b – постоянные для данного ЭЛК. Типичная зависимость приведена на рис. 2.

Частотная характеристика ЭЛК (зависимость В от частоты f приложенного переменного напряжения) для некоторых типов люминофоров вы-

(рис.3.).

Промышленные электролюминофоры ЭЛ-510М, Э-570, ЭЛ-455 и другие имеют различные значения параметров В0, b, a, f0.

32

B

f

Рис.3. Частотная зависимость яркости ЭЛК

3 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Для измерения вольт-яркостных и частотных характеристик электро-

люминесцентного конденсатора ЭЛК используется установка, структурная схема которой приведена на рис.4.

ЭЛК, на обкладки которого подается переменное напряжение с генератора ГЗ-34, помещен в светонепроницаемую камеру. Камера имеет окно, в которое вставляется чувствительный элемент люксметра Ю-17. В работе производится измерение интегральной яркости излучения.

Яркость излучения измеряется в кд/м2 и определяется как яркость площадки, дающей силу света 1 кд с каждого квадратного метра в направ-

33

лении нормали. Люксметр измеряет освещенность Е (световой поток, падающий на единицу площади) в лк (Лм/м2).

Связь между яркостью и освещенностью имеет вид В = Е / . Установка частоты переменного напряжения производится непосред-

ственно по индикаторам генератора ГЗ-34.

4 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Используя описание данной лабораторной работы и технические описания генератора ГЗ-34 и люксметра Ю-17 (или другого используемого), измерить зависимость Е = f(U) для нескольких фиксированных значений частоты по указанию преподавателя.

2.Снять зависимость Е = f( ) для нескольких фиксированных значений питающего напряжения U по указанию преподавателя.

3.Рассчитать значения В, lgB, 1 U .

4.Построить графики зависимостей lg B = f(1 U ) и В = f( ).

5.Произвести сравнение полученных графиков с видом зависимостей, приведенных в описании лабораторной работы.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ 1. Что такое люминесценция? Классификация видов люминесценции по происходящим в люминофоре процессам.

3. Люминофоры и их классификация. Основные характеристики и параметры люминофоров.

5.Виды электролюминесценции.

6.Устройство электролюминесцентного конденсатора.

7.Фотометрические величины.

34

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

«ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕНИ ЖИ3НИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ»

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомление с методикой измерения времени жизни неосновных

носителей заряда в полупроводниках с помощью переходных процессов в диоде.

2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Неравновесное состояние полупроводника возникает под влиянием

каких-либо внешних или внутренних воздействий, в результате которых изменяется равновесная концентрация носителей заряда в полупроводнике. Внешние воздействия: облучение светом, ионизирующее облучение, воздействие сильного электрического поля и т. д. Внутренние воздействия: введение (инжекция) зарядов. В результате в полупроводнике помимо равновесных носителей заряда, образующихся вследствие ионизации примесных атомов и тепловой генерации, появляются дополнительные носители, которые называют неравновесными, или избыточными. Интервал времени, в течение которого концентрация избыточных носителей заряда уменьшается в е раз, называют временем жизни носителей заряда.

При генерации число неосновных носителей заряда возрастает в гораздо большей степени, чем основных. Значит, время жизни избыточных (неравновесных) носителей заряда определяется временем жизни неосновных носителей заряда. Время жизни зависит от вероятности рекомбинации, которая определяется ее механизмом.

Время жизни неосновных носителей заряда является одним из основных параметров полупроводниковых материалов, который необходимо

35

учитывать при проектировании и изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем. Величина его определяет значение таких важных функциональных характеристик приборов, как коэффициент усиления транзисторов, время переключения высокочастотных диодов, эффективность солнечных фотопреобразователей и т. д.

Для определения времени жизни неосновных носителей заряда обычно применяют исследование временного или пространственного изменения концентрации неравновесных носителей заряда, создаваемых внешним возбуждением. При изучении пространственного распределения неравновесных носителей определяют величину их диффузионной длины L, которая однозначно связана со временем жизни соотношением

L D ,

где D – коэффициент диффузии неосновных носителей заряда. Наиболее распространенными способами определения времени жизни является метод модуляции проводимости точечного контакта и метод светового зонда.

3 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ В данной работе значение времени жизни неосновных носителей за-

ряда в полупроводнике определяется путем исследования переходных процессов при переключении диода из прямого направления в обратное.

Рассмотрим случай переключения диода из прямого направления в обратное, когда сопротивление цепей R велико. При подаче импульса обратного напряжения в цепи, изображенной на рис.1, будет протекать неизменный по величине ток Iобр. Амплитуда и длительность плоской вершины обратного тока определяются величиной ЭДС Еобр и сопротивлением R.

R D

Рис. 1. Последовательное включение диода и сопротивления

36

При небольших уровнях инжекции дырочный ток можно считать диффузионным. Тогда ток через переход и концентрация дырок вблизи запорного слоя будут связаны уравнением

Ip I eDp pxn x 0 .

Поскольку ток через переход некоторое время t1 остается постоянным (рис.2), градиент концентрации дырок pn x x 0 также будет оставаться постоянным в течение времени формирования плоской вершины обратного тока. Дальнейшее уменьшение плотности дырок от р-n перехода вглубь базы ведет к уменьшению градиента концентрации, а, следовательно, и тока через диод.

Рис. 2. Временные диаграммы импульса ЭДС (а) и тока диода (б)

Длительность плоской вершины обратного тока находят решением уравнения диффузии. Это решение имеет следующий вид:

Длительность плоской вершины при больших обратных токах пренебрежимо мала, что затрудняет ее точное определение. Большой интерес представляет рассмотрение переходных процессов при малых обратных токах. Есливыполняется условие

37

то уравнение (1) может быть с достаточной точностью записано в следую-

щем виде: t1 p 0,2Iпр Iобр .

Отсюда, зная величины прямого и обратного тока и длительности плоской вершины последнего, можно определить значение времени жизни дырок в n-области диода:

4 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать измерительную схему, показанную на рис.3.

Рис. 3. Схема для исследования процессов переключения диода из прямого направления в обратное

1. Прямой ток через диод задается источником питания УИП-2 и потенциометром R3. Величина тока контролируется миллиамперметром. Импульс обратного напряжения подается на диод D от генератора Г5-15 через сопротивление R2. Обратный ток диода измеряется с помощью осцилло-

38

графа. Сигнал, пропорциональный току диода, снимается с небольшого сопротивления R и подается на вход вертикального усилителя осциллографа.

2.Установить прямой ток через диод по заданию преподавателя.

3.Получить осциллограммы обратного тока диода, подавая на него отрицательный импульс от генератора. При этом должно выполняться условие (2), т. е. подобрать амплитуду импульса генератора таким образом, чтобы обратный ток диода имел плоскую вершину.

4.Измерить на экране осциллографа длительность плоской вершины t1 и величину амплитуды импульса Uимп на выходе генератора.

5.Рассчитать время жизни неосновных носителей заряда в базе диода по формуле (3). Величину обратного тока в формуле определить как

Iобр UимпR1 Iпр .

6.Повторить измерения по пп. 1-5 для четырех различных значений прямого тока.

7.На основе полученных данных заполнить таблицу

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Какие свойства полупроводниковых материалов характеризует время жизни неосновных носителей заряда?

2.Какие механизмы рекомбинации существуют в полупроводниках?

3.Методы измерения времени жизни и диффузионной длины неосновных носителей заряда в полупроводниках.

5.Для создания каких приборов используются полупроводники с большим и малым временем жизни носителей?

39

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

«ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ»

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомление с основными характеристиками магнитомягких мате-

риалов и методами их определения.

2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Ферромагнитные материалы обладают большими положительными

значениями магнитной проницаемости (и сложной линейной зависимостью от температуры и магнитного поля, т. е. характерной особенностью ферромагнетиков является способность сильно намагничиваться даже при обычных температурах в слабых полях. К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, некоторые редкоземельные металлы (гадолиний, тербий, диспрозий, тулий и др.), а также некоторые сплавы и соединения марганца, серебра и алюминия.

На практике под магнитными материалами понимают те, которые обладают свойствами ферромагнетика или ферримагнетика; их в свою очередь подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые. Магнитомягкие применяют в постоянном и переменном полях и делят на низко- и высокочастотные. Магнитотвердые материалы — это постоянные магниты и материалы для записи информации.

Для магнитомягких материалов характерными являются малая коэрцитивная сила, высокая магнитная проницаемость, высокая индукция насыщения даже в слабых полях. Материалы, применяемые в переменных магнитных полях, должны иметь высокое электрическое сопротивление для уменьшения потерь на вихревые токи. Магнитомягкие материалы при-

40