Структура и основные элементы

Министерство образования и науки Русской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО “Магнитогорский муниципальный технический

институт им. Г.И. Носова”

Кафедра механизации и электрификации

Горных производств

Исследование

Полупроводникового диодика

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине “Силовая преобразовательная

техника и элементы автоматики”

для студентов специальности 150402

Магнитогорск


Составители: Шебаршов А.А.

Савельев В.И.

Исследование полупроводникового диодика: Методические указания к лабораторной работе по Структура и основные элементы дисциплине “Силовая преобразовательная техника и элементы автоматики” для студентов специальности 150402. Магнитогорск: ГОУ ВПО “МГТУ”, 2011. 9 с.

Содержат теоретические сведения о выпрямляющем электронном p-n-переходе диодов. Приведены короткое описание щита, порядок выполнения работы, требования к содержанию отчета и контрольные вопросы для подготовки и защиты лабораторной работы.

Рецензент

© А Структура и основные элементы.А. Шебаршов,

В.И. Савельев, 2011


Цель работы: имитация выпрямляющего электронного p-n-перехода диодика при инжекции и экстракции носителей заряда с внедрением ЭВМ.

Применяемое оборудование: ЭВМ с установленным программным продуктом схемотехнического моделирования Electronics Workbench Multisim версии 10.1 либо выше и модель лабораторного щита для исследования полупроводникового диодика в виде схемы замещения, разработанную на кафедре Структура и основные элементы МиЭГП.

Общие СВЕДЕНИЯ

Структура и главные элементы

Полупроводниковый диодик – это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электронным переходом и 2-мя выводами, в каком употребляется то либо другое свойство выпрямляющего электронного перехода.

В качестве выпрямляющего электронного перехода в полупроводниковых диодиках может быть электронно-дырочный переход, гетеропереход либо выпрямляющий переход, образованный в итоге контакта меж Структура и основные элементы металлом и полупроводником (переход Шотки).

В диодике с p-n-переходом либо с гетеропереходом не считая выпрямляющего перехода должно быть два омических перехода, через которые p- и n-области диодика соединены с выводами (рис. 1, а). В диодике с выпрямляющим электронным переходом в виде контакта меж металлом и полупроводником всего Структура и основные элементы один омический переход (рис. 1, б).

Рис. 1. Структуры полупроводниковых диодов:

а – с выпрямляющим электронным переходом в виде p-n-перехода, б – с выпрямляющим электронным переходом на контакте меж металлом и полупроводником, В – выпрямляющие электронные переходы, Н – невыпрямляющие, т. е. омические переходы.

Обычно полупроводниковые диоды имеют несимметричные p-n-переходы. Потому Структура и основные элементы при полярности наружного напряжения, при которой происходит снижение потенциального барьера в p-n-переходе, т. е. при прямом направлении для p-n-перехода, количество носителей заряда, инжектированных из сильнолегированной в слаболегированную область, существенно больше, чем количество носителей, проходящих в обратном направлении. Область полупроводникового диодика, в которую происходит инжекция неосновных Структура и основные элементы для этой области носителей заряда, именуют базой диодика, т. е. в диодике базисной областью является слаболегированная область.

Если к диодику с несимметричным p-n-переходом приложено напряжение, при котором происходит увеличение потенциального барьера в p-n-переходе, т. е. в оборотном направлении для p-n-перехода, то Структура и основные элементы экстракция неосновных носителей заряда будет происходить в главном из базы диодика. Таким макаром, база диодика может оказывать существенное воздействие на свойства и характеристики диодика.

Зависимо от соотношения линейных размеров выпрямляющего электронного перехода и характеристической длины различают плоскостные и точечные диоды. Характеристической длиной для диодика является меньшая по значению из Структура и основные элементы 2-ух величин, определяющая характеристики и свойства диодика: диффузионная длина неосновных носителей заряда в базе либо толщина базы.

Плоскостным именуют диодик, у которого линейные размеры, определяющие площадь выпрямляющего электронного перехода, существенно больше характеристической длины.

Точечным именуют диодик, у которого линейные размеры, определяющие площадь выпрямляющего электронного перехода, существенно меньше характеристической длины Структура и основные элементы.

В выпрямляющем электронном переходе и прилегающих к нему областях происходят различные физические процессы, которые могут приводить к эффекту выпрямления, к нелинейному росту тока с повышением напряжения, к лавинному размножению носителей заряда при ударной ионизации атомов полупроводника, к туннелированию носителей через возможный барьер выпрямляющего электронного перехода как при оборотном, так в Структура и основные элементы определенных критериях и при прямом напряжении, к изменению барьерной емкости с конфигурацией напряжения, к эффекту скопления и рассасывания неосновных носителей заряда в прилегающих к выпрямляющему переходу областях. Все эти эффекты употребляют для сотворения разных видов полупроводниковых диодов: выпрямительных, смесительных, детекторных и переключательных, диодов с резким восстановлением оборотного сопротивления, стабилитронов, стабисторов Структура и основные элементы, шумовых, лавинно-пролетных, туннельных и обращенных диодов, варикапов. Некие из перечисленных эффектов являются ненужными и даже вредными в одних диодиках, но в других диодиках эти же эффекты могут служить основой принципа деяния.

Прямое включение диодика

При прямом напряжении на диодике наружное напряжение отчасти компенсирует контактную разность потенциалов на p-n Структура и основные элементы-переходе, потому что наружное электронное поле при прямом включении диодика ориентировано обратно диффузионному полю. Потому высота потенциального барьера перехода миниатюризируется пропорционально приложенному к диодику напряжению. Пренебрегая падением напряжения на базе диодика, разглядим диодик при малых прямых токах.

С уменьшением высоты потенциального барьера возрастает количество носителей заряда Структура и основные элементы, которые могут преодолеть возможный барьер и перейти в соседнюю область диодика, где они окажутся неосновными носителями (рис. 2). Этот процесс именуют инжекцией неосновных носителей заряда через p-n-переход.

Рис. 2. Пространственное рассредотачивание зарядов (а, б, в) и

энерго диаграммы p-n-перехода (г, д, е):

а, г – наружное напряжение отсутствует (),

б Структура и основные элементы, д – наружное напряжение прямое (),

в, е – наружное напряжение оборотное ().

Потому что высота потенциального барьера миниатюризируется пропорционально приложенному напряжению, а носители заряда распределены по энергиям по экспоненциальному закону в согласовании со статистикой Ферми-Дирака либо Максвелла-Больцмана, то ровная ветвь ВАХ диодика должна быть похожа на экспоненту (рис. 3).

Рис. 3. Вольт Структура и основные элементы-амперная черта диодика

при инжекции и экстракции носителей заряда

При увеличении температуры диодика миниатюризируется высота потенциального барьера и меняется рассредотачивание носителей заряда по энергиям (электроны, к примеру, занимают более высочайшие энерго уровни в зоне проводимости). Из-за этих 2-ух обстоятельств прямой ток через диодик возрастает с ростом температуры при постоянном прямом Структура и основные элементы напряжении (рис. 4, а).

Рис. 4. Прямые ветки ВАХ диодика:

а) при различных температурах,

б) при разной ширине нелегальной зоны начального материала,

в) при разной концентрации примесей в прилегающих к p-n-переходу областях.

Если сопоставить прямые ветки 2-ух диодов, сделанных из различных материалов, с разной шириной нелегальной зоны, то у диодика из Структура и основные элементы материала с большей шириной нелегальной зоны будет больше высота потенциального барьера. Как следует, прямой ток через диодик из материала с большей шириной нелегальной зоны будет меньше при том же прямом напряжении (рис. 4, б).

С повышением концентрации примесей в прилегающих к p-n-переходу областях будет возрастать высота потенциального барьера перехода Структура и основные элементы, а означает, будет меньше прямой ток при том же прямом напряжении (рис. 4, в).


struktura-filosofskogo-znaniya-predmet-i-funkcii-filosofii.html
struktura-finansovoj-sistemi.html
struktura-form-kontrolya-znanij.html