Исследование полупроводниковых диодов. Изучение принципа действия полупроводниковых диодов различного назначения (Лабораторная работа № 1), страница 3

Как следует и рис. 1.6, а) односторонняя проводимость у диода полностью отсутствует. При отрицательном напряжении ВАХ линейна, проходит через начало координат и несколько «прижата» к оси ординат. В прямой ветви характеристики наблюдается падающий участок, которому соответствует отрицательное дифференциальное сопротивление (участок ab) и причиной которого является туннельный эффект – эффект прохождения носителей заряда через туннели в p-n-переходе без преодоления потенциального барьера. Пояснить ВАХ можно следующим образом. В туннельном диоде концентрация примесей очень высокая (), за счет этого ширина p-n-перехода чрезвычайно мала и доходит до сотых долей микрона, в результате чего расстояние между ионами доноров (n-полупроводник) и ионами акцепторов (p-полупроводник) становится меньше, чем расстояние между ионами только доноров и ионами только акцепторов. В результате электрическое поле в p-n-переходе крайне неравномерно и напряженность поля велика. Максимум напряженности достигается на участках перехода донор-акцептор, минимум напряженности – в пространстве между узлами кристаллической решетки. Именно там и образуются туннели, в которых напряженность близка к нулю, и носители зарядов могут через туннели свободно проходить из «p» области в «n» и наоборот. При отсутствии внешнего поля эти токи уравновешивают друг друга. При подаче малого напряжения (участок 0а) под действием внешнего поля устанавливается чисто туннельный ток основных носителей. В точке a происходит насыщение туннелей и дальнейшее увеличение напряжения приводит к уменьшению прямого тока (участок ab).

Причин этого две:

1. Из-за высокой концентрации дырок и электронов  в туннелях увеличивается количество актов рекомбинации, что приводит к уменьшению числа носителей заряда.

2. Из-за насыщения часть носителей вытесняется из туннелей в поле p-n-перехода, которое направлено на встречу внешнему полю, поэтому эти носители меняют направление движения и, сталкиваясь с нейтральными атомами решетки вызывают лавинный ток. Лавинный ток направлен навстречу туннельному, что тоже уменьшает общий ток. При дальнейшем увеличении напряжения (участок bc) внешнее поле ослабляет поле p-n-перехода, потенциальный барьер снижается, лавинный ток прекращается, туннели расширяются и к туннельному току добавляется диффузионный ток основных носителей, преодалевающих потенциальный барьер.

Основными параметрами туннельного диода являются ток пика (рис. 1.6); отношение тока пика к току впадины которое находится в диапазоне от 5-20 (чем оно выше, тем диод лучше); среднее значение отрицательного сопротивления

.

Порядок выполнения

1. Исследование выпрямительных диодов.

1.1. Собрать схему по рис.1.7. В качестве Е₁ использовать источник питания Е₁=0¸10 В (источник питания с левой стороны наборного поля). Для амперметра А установить предел измерения 20 мА, для вольтметра V – 2 В. Ручки регулятора напряжения источника Е₁ «грубо» и «точно» перевести в крайнее левое положение. После проверки преподавателем схемы включить источник Е₁.

1.1.1. Снять ВАХ германиевого диода Д7Е, включенного в прямом направлении, необходимо с помощью регулятора напряжения источника Е₁ задавать значения тока I_пр через диод (амперметр А) в соответствии с таблицей 1 и записать значения соответствующего напряжения U_пр (вольтметр V₁). Результаты свести в табл. 1. По окончании эксперимента уменьшить напряжение на диоде до 0 и отключить источник Е₁.

Таблица 1