Полупроводниковые диоды: Методические указания к лабораторной работе № 1, страница 2

Параметры  и  могут быть  определены из экспериментальных данных.

В выражении (1.1) для прямой ветви ВАХ можно пренебречь единицей в скобках, тогда ,  - ток насыщения, -коэффициент неидеальности перехода. В идеальном p-n переходе , с ростом доли генерационно-рекомбинационного тока, а также при увеличении уровня инжекции  и падения напряжения на последовательном омическом сопротивлении  увеличивается и может быть в пределах .

В логарифмическом масштабе по оси токов получается линейная зависимость от

, угловой коэффициент которой позволяет определить коэффициент неидеальности  

Ток определяется линейной экстраполяцией зависимости к точке = 0.

Например, на рис. 1.2 прямой ток возрастает от 1мА при = 0.4 В до 10 мА при 0.7 В, тогда В, =4, =1.3, и = 3^.10^-12  А.

3. Сравнение ВАХ диодов из различных материалов

Исследуемые в работе диоды выполнены из различных полупроводниковых материалов, но имеют примерно одинаковые физико-конструктивные параметры. Отличие их характеристик обусловлено различием ряда параметров полупроводниковых материалов: ширины запрещенной зоны, подвижности и времени жизни носителей заряда и др., из которых наиболее существенный вклад вносит разница в ширине запрещенной зоны . Она определяет собственную концентрацию носителей заряда

, которая входит в выражения для параметров ВАХ - тока насыщения и тока термогенерации в p-n переходе.

Рис 1.2. Прямая ветвь ВАХ в логарифмическом масштабе по оси токов

В таблице приводятся значения  и  исследуемых полупроводниковых материалов при 300 К , а также рассчитанные по формулам (1.2) и (1.4) значения токов насыщения и токов термогенерации в p-n переходе при  = 10¹³ см^-3,

 = 300 мкм,  = 10^-3 см². Так как некоторые данные для расчёта могут быть взяты только приблизительно, в таблице приводятся только порядки величин.

Таблица

Параметры ВАХ диодов для разных материалов при 300 К

Тип материала	Параметр:
	, эВ	см-3	, мкА	, мкА	, В
Ge	0.66	2.4.1013	10-1	10-1	0.3
Si	1.12	1.25.1010	10-4	10-7	0.69
GaAs	1.42	1.79.106	10-5	10-14	1.08
GaP	2.25	9.39.10-2	10-14	10-31	2.0

Токи насыщения пропорциональные , уменьшаются в ряду Ge, Si, GaAs, GaP. Токи термогенерации в p-n переходе, пропорциональные , также уменьшаются по абсолютной величине сверху вниз в ряду материалов таблицы, а их относительные величины (по сравнению с токами насыщения)  - возрастают.

Данные таблицы иллюстрируются рис.1.3, на котором представлены зависимости  и  от ширины запрещенной зоны полупроводникового материала. По оси токов использован логарифмический масштаб. Токи насыщения и термогенерации всех диодов,  кроме германиевого, очень малы (I нА и менее).  Поэтому основным компонентом обратного тока этих диодов является ток утечки.

Основное отличие прямых ветвей ВАХ диодов из различных материалов определяется разным значением тока насыщения. В таблице приведены значения  при = 10 мА, вычисленные по формуле (1.1б) для германиевого, кремниевого, арсенид галлиевого диодов. У реальных диодов эта величина может быть несколько большей, в основном из-за падения напряжения на объемном сопротивлении базы.

Рис. 1.3.Зависимость составляющих обратного тока p-n перехода

от ширины запрещённой зоны

4.Описание лабораторной установки

Вольтамперные характеристики диодов измеряются  с помощью модульного учебного комплекса МУК-ОЭ1. Комплекс для диодов включает в себя ампервольтметр АВ1, генератор напряжений ГН3 и стенд с диодами СЗТТ02. Лабораторная установка позволяет реализовать две схема измерения ВАХ: для прямой ветви (рис. 1.4а) и для обратной (рис.1.4б). При снятии прямой ветви через исследуемый диод ИД генератором тока ГТ задается ток , величина которого контролируется миллиамперметром. Вольтметр, измеряющий прямое напряжение на диоде, подключен непосредственно к нему. При снятии обратной ветви генератором напряжения ГН задается обратное напряжение, а измеряется обратный ток . Измеряющий его миллиамперметр включается последовательно с ИД до вольтметра.

Рис. 1.4. Схемы измерения ВАХ диода:  а) – прямой ветви; б) – обратной ветви