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.

В таблице приводятся значения и исследуемых полупроводниковых материалов при 300 К, а также рассчитанные по форму-лам (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 расчета могут быть взяты только приблизительно, в таблице приводятся только порядки величин.

Параметры вах диодов для разных материалов при 300 к

Тип материала	Параметры
	Eg, эВ	ni, см–3	Ig, мкА	IS, мкА	U*, 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 проиллюстрированы на рис. 1.3. На нем 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.

I_S

I_G

E_g

I

I_{S Ge}

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

от ширины запрещенной зоны

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.

4. Описание лабораторной установки

Вольт-амперные 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 схемы измерения ВАХ: для прямой ветви (рис. 1.4, а) и для обратной (рис. 1.4, б). 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 задается обратное напряжение, а измеряется обратный ток . Измеряющий его миллиамперметр включается последовательно с ИД до вольтметра.

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

Схема собирается соединительными проводами и включается только после проверки преподавателем. Включение терморегулятора производится нажатием кнопки «Сеть» на приборе. Индикатор температуры показывает температуру в градусах Кельвина. Установка температуры осуществляется регулятором температуры (ручка с риской). Индикатор нагрева показывает, что идет нагрев. Если погаснет индикатор, то нагреватель отключается. Для ускорения остывания элементов в стенде расположен вентилятор, который включается тумблером.