Лабораторна робота №2

Вивчення р-п переходу та основних напівпровідникових приладів

Мета роботи: Вивчити особливості р-п переходу у напівпровідниках та принцип роботи основних напівпровідникових приладів.

Прилади та обладнання: установка для вивчення р-п переходу, набір досліджуваних зразків ().

Теоретичні відомості

Напівпровідники являють собою групу речовин, які характеризуються наявність одного або більше р-п переходів.

Рис. 1. а) – структура діода; б) – його умовне позначення

Зручним засобом при вивченні властивостей p-n-переходу є напівпровідни-ковий діод, який представляє собою дві зварені між собою пластинки p- і n-типу. У такій платівці можна виділити три зони. Дві з них розташовані по краях, вони відносно великих розмірів і володіють одна провідністю p-типу, а друга – провідністю n-типу (рис. 1). Третя зона називається p-n переходом і являє собою дуже вузьку область, що розділяє області з p- і n-типами провідності (вона утворюється на стадії виготовлення діода в результаті дифузії пластинок напівпровідника з різними типами провідності). Зовнішні поверхні областей з p- і n-типами провідності покривають металевими електродами. Електрод, що контактує з областю p-типу, називається анодом, а контактує з областю n-типу – катодом.

Напівпровідникові діоди класифікуються:

1. за призначенням: випрямні, високочастотні та надвисокочастотні (ВЧ-і СВЧ-діоди), імпульсні, напівпровідникові стабілітрони (опорні діоди), тунельні, звернені, варикапи та ін;

2. за конструктивно - технологічними особливостями: площинні і точкові;

3. за типом вихідного матеріалу: германієві, кремнієві, арсенід - галієві та ін.

У точковому діоді використовується пластинка германію або кремнію з електропровідністю n-типу (рис.2), товщиною 0,1-0,6 мм і площею 0,5-1,5 мм²; з пластинкою стикається загострена голка з нанесеною на неї домішкою. При цьому з голки в основний напівпровідник дифундують домішки, які створюють область з іншим типом електропровідності. Таким чином, близько голки утворюється мініатюрний р-n-перехід напівсферичної форми.

Для виготовлення германієвих точкових діодів до пластинки германію приварюють голки з вольфраму, покритого індієм. Індій є для германію акцептором.

У площинних діодах р-n-перехід утворюється двома напівпровідниками з різними типами електропровідності, причому площа переходу у різних типів діодів лежить в межах від сотих часток квадратного міліметра до декількох десятків квадратних сантиметрів (силові діоди). Площинні діоди виготовляються методами сплаву (плавлення) або дифузії (рис. 2).

Рис. 2.
Пристрій точкових діодів	Пристрій площинних діодів, виготовлених сплавним методом	Пристрій площинних діодів, виготовлених дифузійним методом

До пластинки германію n-типу вплавляють при температурі близько 500 °С краплю індію (рис. 2), яка, сплавляючись з германієм, утворює шар германію р-типу. Область з електропровідністю р-типу має більш високу концентрацію домішки, ніж основна пластинка, і тому є емітером. До основної пластинки германію і до індію припаюють вивідні провода, зазвичай з нікелю.

Дифузійний метод виготовлення р-n-переходу заснований на тому, що атоми домішки дифундують в основний напівпровідник (рис. 2). Для створення р-шару використовують дифузію акцепторного елемента (бору або алюмінію для кремнію, індію для германію) через поверхню вихідного матеріалу.