МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_____________

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МЭИ

____________________________________________________

И.Н. МИРОШНИКОВА, О.Б. САРАЧ, Б.Н. МИРОШНИКОВ

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Лабораторные работы

Биполярные диоды и транзисторы

Полевые транзисторы

Методическое пособие по курсу

Физические основы электроники

Часть I

Твердотельная электроника

для студентов, обучающихся по направлению

«Электроника и наноэлектроника»

Москва Издательский дом МЭИ 2013

УДК 621.383

М

Утверждено учебным управлением МЭИ

Подготовлено на кафедре полупроводниковой электроники

Рецензенты: доктор технических наук, профессор А.М. Гуляев.

М Физические основы электроники (твердотельная электроника). Лабораторные работы: методическое пособие И.Н. Мирошникова, О.Б. Сарач, Б.Н. Мирошников.  М.: Издательство МЭИ, 2013.  96 с.

Представлены теоретические сведения и методика выполнения цикла лабораторных работ по исследованию электрических явлений в полупроводниковых приборах, методах исследования их характеристик, так и свойств оптоэлектронных приборов (фоторезисторов, фототранзисторов, светодиодов).

Методические указания предназначены для обеспечения учебного процесса при многоуровневой подготовке специалистов по укрупненной группы специальностей и направлений подготовки 210100 «Электроника и наноэлектроника», а также для образовательных программам технической и педагогической направленности.

© Национальный исследовательский университет мэи, 2013

Мирошникова Ирина Николаевна

Сарач Ольга Борисовна

Мирошников Борис Николаевич

Методическое пособие по курсу

«Физические основы электроники», часть I

«Твердотельная электроника»

для студентов, обучающихся по направлению

«Электроника и наноэлектроника»

Редактор издательства

____________________________________________________________

Темплан издания МЭИ 2012, метод. Подписано в печать

Печать офсетная

Формат 60×84/16 Физ. печ. л. 3 Тираж 200 экз. Изд. № Заказ ____________________________________________________________

Лабораторная работа № 1. Исследование статических вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов

Цель работы: изучение принципа работы полупроводниковых диодов и светодиодов.

Контролируемое введение примеси – легирование позволяет управлять концентрацией свободных носителей заряда в полупроводнике. Если атомы примеси отдают электроны, примесь называется донорной. Уровень донорной примеси E_d находится в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости E_c (рисунок 1.1). Для ионизации атомов примеси требуется энергия E_c–E_d. Для Si и Ge донорной примесью могут быть элементы пятой группы. Если атомы примеси принимают электроны, примесь называется акцепторной. Уровень акцепторной примеси E_a находится в запрещенной зоне вблизи потолка валентной зоны E_v. Для ионизации атомов примеси требуется энергия E_aE_v. Для Si и Ge акцепторной примесью могут быть элементы третьей группы.

а) б)

Рис. 1.1. Зонная структура полупроводника: а) полупроводник n-типа (электронный); б) полупроводник p-типа (дырочный)

При температурах, близких к комнатной концентрации основных носителей заряда совпадает с концентрацией легирующей примеси: ,.

Произведение концентраций свободных электронов и дырок в полупроводнике равно квадрату собственной концентрации носителей заряда . Из этого соотношения находят концентрациюнеосновных носителей заряда, т.е. дырок в полупроводнике n-типа () и электронов в полупроводникеp-типа ().

Удельная электропроводность полупроводника σ (, где– удельное сопротивление) прямо пропорциональна концентрации свободных носителей заряда и ихподвижности μ:

, (1.1)

где q – элементарный заряд (q = 1,6∙10^–19 Кл).

Для расчета подвижности в германии может быть использована эмпирическая формула:

, (1.2)

где ‒ суммарная концентрация ионов доноров и акцепторов, остальные величины являются эмпирическими постоянными.