Б

Генератор импульсов

Синхроимпульс

Выход

Осциллограф

Синхроимпульс

Вход

R_огр

Полупров.

лазер

SiO₂ p⁺-Si

n-Si

R_изм

x 0

x

лок-схема макета установки представлена на рис.4. Объектом измерений служит часть кремниевой пластины со сформированными в ее приповерхностном слое локальными диффузионнымиp-n переходами.

Р

Источник напряжения

+ 

ис.4. Блок-схема макета установки

Подключение p-nперехода, служащего коллектором для неосновных носителей заряда, к измерительному стенду осуществляется при помощи зондового устройства, один из зондов которого контактирует сp-областьюp-nперехода, а другой – с металлизированной поверхностью стола. Импульсы с выхода генератора подаются через ограничительный резистор на полупроводниковый лазер, укрепленный на штативе над образцом. РезисторR_огрограничивает ток через полупроводниковый лазер, предохраняя его от выхода из строя. Импульсы напряжения, подаваемые на лазер, при необходимости могут быть проконтролированы на экране осциллографа. Синхроимпульс с выхода генератора может быть подключен к входу внешней синхронизации осциллографа.

К p-nпереходу прикладывается обратное смещениеU_оброт источника напряжения (U_обр= -1 – -2 В). Импульсы тока в цепи коллекторного контакта, возникающие при освещении образца импульсным светом, преобразуются в импульсы напряженияU_Rна измерительном сопротивленииR_изми наблюдаются на экране осциллографа. Это напряжениеU_Rпропорционально концентрации неравновесных носителей вблизи коллектора.

4. Порядок выполнения работы

1. Включите осциллограф, генератор и источник напряжения и дайте им прогреться в течение 10 - 15 мин.

2. Установите (примерно) следующие параметры выходного импульса с помощью органов управления генератора:

• период повторения импульсов – не менее 300 мкс;

• длительность импульсов – около 10 мкс;

• амплитуда импульсов – около 20 В.

3. Подключите выход генератора к входу осциллографа и добейтесь появления на экране осциллографа устойчивой осциллограммы импульсов напряжения.

4. Выключите напряжение на выходе генератора. Отключите вход осциллографа от выхода генератора и соедините блоки макета измерительной установки в соответствии с блок-схемой.

Примечание: начальные установки (пункты 1 – 4) уже могут быть произведены до начала работы, поэтому необходимо проверить их выполнение.

5. Включите напряжение на выходе генератора. Увеличивая амплитуду импульсов напряжения, подаваемых на полупроводниковый лазер, добейтесь появления светового пятна на поверхности пластины.

Рис.5. Осциллограммы напряжения на резисторе: 1 – при совпадения светового пятна с p-nпереходом, 2 – при некотором удалении светового пятна отp-nперехода,n- при значительном удалении светового пятна отp-nперехода.

6. Перемещая при помощи микрометрического винта образец с p-nпереходом относительно светового луча, добейтесь появления на экране осциллографа устойчивой осциллограммы импульсов напряжения на резистореR_изм(рис.4). Момент совпадения светового пятна сp-nпереходом определяется по максимальному значению амплитуды импульса напряженияU_R=U_R0(импульс 1 на осциллограмме рис.4). Запишите значение числа делений микрометрического винтаl₀, соответствующее значениюU_R0.

7. Измерьте зависимость амплитуды импульса U_Rна резистореR_измот расстоянияx отp-nперехода. Для этого перемещайте при помощи микрометрического винта образец сp-nпереходом так, чтобы световое пятно удалялось отp-nперехода. Результаты измерений амплитуд импульса напряженияU_Rи соответствующих им значений числа делений микрометрического винтаl(от 6 до 10 точек) запишите в таблица 1. Диапазон измененияU_R: отU_R≈0.8U_R0доU_R≈0.2U_R0.

Таблица 1

№пп	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
l, дел.
UR, В

Расчеты и построение графика зависимости lnU_R=f(x) можно провести в Exel. Запускающий ярлык – «Дифф. длина» находится в папке «ФТТ и ПП», размещенной в папке «Лабораторные работы» на рабочем столе компьютера.

После загрузки файла «Дифф. длина.xls» на экране видеомонитора появляется таблица, представленная на рис.6.

Рис.6. Вид экрана видеомонитора после загрузки файла «Дифф. длина».xls

В соответствующие ячейки этой таблицы введите номера группы и бригады и дату проведения работы. В ячейку B4 введите значение l₀. В ячейки B6 – B15 введите значения l, а в ячейки G6 – G15 - соответствующие им значения амплитуд импульса напряжения U_R.

Компьютер рассчитывает значения x – в ячейках C6 – C15 и в ячейках F6 – F15, lnU_R – в ячейках E6 – E15 и в ячейках F8 – F17. По ячейкам C6 – C15 (аргумент x) и E6 – E15 (функция lnU_R) строится точечный график график lnU_R = f(x). По ячейкам F6 – F15 (аргумент x) и G6 – G15 (функция lnU_R) строится г график lnU_R = f(x), аппроксимируемый линейной функцией y=ax+b, где y=lnU_R. Эта функция и квадрат коэффициента регрессии отображаются в поле графика.

Если значение R² менее 0.95, то следует удалить из ячеек G6 – G15 значения lnU_R, соответствующие точкам графика, которые «плохо ложатся» на прямую y=ax+b. Величина, обратная этому коэффициенту a - искомое время жизни. Введите значение a в ячейку H6. В ячейке I6 будет вычислено значение диффузионной длины L_D.

По завершении обработки результатов измерения первого диода отпечатайте полученную таблицу с графиком.

Используя соотношение Эйнштейна (13), (14) рассчитайте время жизни неосновных носителей заряда по значению измеренной диффузионной длины L_D и известному значению подвижности  (или коэффициенту диффузии D) носителей заряда.

Подвижности носителей заряда в слаболегированном кремнии и германии приведены в таблице 2.

Таблица 2

Полупроводник	n, см2/В·с	p, см2/В·с
Германий	3800	1300
Кремний	1800	480