Лабораторная работа № 2. Исследование температурной зависимости статических вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов
Цель работы: приобретение навыков экспериментального исследования температурной зависимости ВАХ полупроводниковых диодов.
Повышение температуры приводит к росту собственной концентрации носителей:
, (2.1)
где Eg – ширина запрещенной зоны (Eg=Eс –Ev). Она зависит от температуры:
. (2.2)
Для Si Eg0 = 1,17 эВ, a = -3,9∙10-4 эВ/К, для Ge Eg0 = 0,785 эВ, a = -3,7∙10-4 эВ/К, для GaAs Eg0 = 1,52 эВ, a = -4,3∙10-4 эВ/К.
Это приводит к росту тока насыщения (рисунок 2.1),
(2.3)
| Таким образом, для расчета ВАХ при температуре Т необходимо рассчитать значение тока насыщения и сопротивления базы диода. Для этого необходимо рассчитать значения концентраций неосновных носителей заряда и подвижности носителей при заданной температуре. Температурная зависимость концентрации свободных носителей заряда n в полупроводнике легированном донорной примесью с концентрацией Nd показана на рисунке 2.2. |
| Рис. 2.1. Изменение ВАХ при повышении температуры |
| |||
| Рис. 2.2. Температурная зависимость концентрации свободных носителей заряда |
При низкой температуре (область 1) концентрация носителей повышается с ростом температуры за счет ионизации атомов примеси.
Концентрацию свободных носителей заряда в области 1, называемой областью слабой ионизации примеси, можно оценить по формуле (2.4), если полупроводник легирован донорной примесью (n-тип проводимости), или по формуле (2.5), если полупроводник легирован акцепторной примесью (p-тип проводимости).
, (2.4)
, (2.5)
где Nd, Na – концентрация легирующей примеси; Nc, Nv – эффективная плотность квантовых состояний (количество разрешенных уровней в единице объема материала) в зоне проводимости и в валентной зоне, соответственно.
Для Si Nc = 2,7∙1019 (T/300) 3/2, Nv = 1,05∙1019 (T/300) 3/2,
для Ge Nc = 1,04∙1019 (T/300) 3/2, Nv = 6,1∙1019 (T/300) 3/2.
Значение подвижности рассчитывается по формуле (1.2), а затем по формулам (1.8) и (1.9) рассчитать необходимые величины.
При домашней подготовке необходимо ознакомиться с температурными зависимостями в диодах.