Описание метода и установки
В данной работе используется барьерная емкость кремниевого варикапа – полупроводникового диода, применяемого в качестве электрического конденсатора, управляемого напряжением. В варикапе используется зависимость емкости перехода от обратного смещения.
Схема включения варикапа, приведенная на рис. 5, представляет собой параллельный колебательный контур, составленный из катушки индуктивности L, конденсатора Сp и трех параллельно включенных варикапов Св типа КВ 135.
Рис. 5
Разделительный конденсатор Ср=0,1мкФ служит для того, чтобы избежать шунтирования варикапов по постоянному току. Обратное напряжение на варикапы подается от источника питания через разделительный высокоомный резистор R2 (100кОм), предотвращаюший шунтирование емкости варикапа малым внутренним сопротивлением источника питания.
В общем случае в соответствии с формулами (6) и (9) для барьерной емкости можно записать
,
(10)
где
С0 –
определяется площадью перехода и
соотношением концентраций примесей в
n-
и p-областях
структуры, а γ лежит в пределах от
до
в зависимости от концентрационного
профиля перехода. Значения С0
в тонких переходах могут доходить до
300–700 пФ. Емкость варикапа Cв
определяется
формулой
Cв = Cб + Смэ , (11)
где Смэ – межэлектродная емкость варикапа, не зависящая от приложенного обратного смещения.
В предлагаемом эксперименте, в резонансом контуре с помощью генератора типа Г3-112 возбуждаются гармонические колебания. Путем изменения частоты на генераторе по максимуму амплитуды колебаний, наблюдаемых на осциллографе типа С1-112, находится резонансная частота колебательного контура. Емкость варикапа вычисляется по формуле Томпсона:
,
где
.
В последней формуле множитель 3 обусловлен параллельным включением трёх варикапов.
Задание
1. Снять зависимость резонансной частоты колебательного контура от приложенного обратного смещения в пределе 0 до 12 В с интервалом 0,2 В.
2. Рассчитать емкость варикапа Св для каждого значения напряжения.
3.
Определить барьерную емкость Сб
по формуле
(11) вычитанием из Св
предельного
значения Смэ
, полученного
при высоких значениях обратного смещения
(10
12 В).
4. Построить графики зависимости барьерной емкости от напряжения и lgСб от lg(Uобр+φк), приняв φ=0,6 В.
5. По тангенсу угла наклона зависимости lgСб от lg(Uобр+φк) найти коэффициент γ в формуле (10). Идентифицировать концентрационный профиль р-n-перехода (резкий или плавный переход?) по полученному значению γ.
Контрольные вопросы
1. Почему область р-п-перехода называют обедненным слоем?
2. Что такое барьерная емкость р-п-перехода и каков механизм ее возникновения?
3. Как изменяется величина барьерной емкости р-п-перехода в зависимости от обратного смещения?
4. Нарисуйте график изменения плотности объемного заряда для резкого и плавного р-п-переходов.
5. Что такое диффузионная емкость р-п-перехода и каков механизм ее возникновения?
Список рекомендуемой литературы
1. Специальный практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам /Под ред. К. В. Шалимовой. М.: Энергия, 1962. 245с.
2. Маслов А. А. Электронные полупроводниковые приборы. М.: Энергия, 1960. 38с.
3. Батушев В. А. Электронные приборы. М: Высш. шк., 1980. 383с.
4. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника. М.: Высш. шк., 1986. 304с.
5. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. М.: Наука, 1977. 672с.