Лабораторная работа № 1. Исследование статических вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов
Лабораторные работы
Биполярные диоды и транзисторы
Полевые транзисторы
Методическое пособие по курсу
Физические основы электроники
Часть I
Твердотельная электроника
для студентов, обучающихся по направлению
«Электроника и наноэлектроника»
Москва Издательский дом МЭИ 2013
УДК 621.383
М
Утверждено учебным управлением МЭИ
Подготовлено на кафедре полупроводниковой электроники
Рецензенты: доктор технических наук, профессор А.М. Гуляев.
М Физические основы электроники (твердотельная электроника). Лабораторные работы: методическое пособие И.Н. Мирошникова, О.Б. Сарач, Б.Н. Мирошников. - М.: Издательство МЭИ, 2013. - 96 с.
Представлены теоретические сведения и методика выполнения цикла лабораторных работ по исследованию электрических явлений в полупроводниковых приборах, методах исследования их характеристик, так и свойств оптоэлектронных приборов (фоторезисторов, фототранзисторов, светодиодов).
Методические указания предназначены для обеспечения учебного процесса при многоуровневой подготовке специалистов по укрупненной группы специальностей и направлений подготовки 210100 «Электроника и наноэлектроника», а также для образовательных программам технической и педагогической направленности.
© Национальный исследовательский университет МЭИ, 2013
Мирошникова Ирина Николаевна
Сарач Ольга Борисовна
Мирошников Борис Николаевич
Методическое пособие по курсу
«Физические основы электроники», часть I
«Твердотельная электроника»
для студентов, обучающихся по направлению
«Электроника и наноэлектроника»
Редактор издательства
____________________________________________________________
Темплан издания МЭИ 2012, метод. Подписано в печать
Печать офсетная
Формат 60×84/16 Физ. печ. л. 3 Тираж 200 экз. Изд. № Заказ ____________________________________________________________
Лабораторная работа № 1. Исследование статических вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов
Цель работы: изучение принципа работы полупроводниковых диодов и светодиодов.
Контролируемое введение примеси – легирование позволяет управлять концентрацией свободных носителей заряда в полупроводнике. Если атомы примеси отдают электроны, примесь называется донорной. Уровень донорной примеси Ed находится в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости Ec (рисунок 1.1). Для ионизации атомов примеси требуется энергия Ec–Ed. Для Si и Ge донорной примесью могут быть элементы пятой группы. Если атомы примеси принимают электроны, примесь называется акцепторной. Уровень акцепторной примеси Ea находится в запрещенной зоне вблизи потолка валентной зоны Ev. Для ионизации атомов примеси требуется энергия Ea-Ev. Для Si и Ge акцепторной примесью могут быть элементы третьей группы.
 
а) б)
|
| Рис. 1.1. Зонная струкура полупроводника: а) полупроводник n-типа (электронный); б) полупроводник p-типа (дырочный) |
При температурах, близких к комнатной концентрации основных носителей заряда совпадает с концентрацией легирующей примеси: 
, 
.
Произведение концентраций свободных электронов и дырок в полупроводнике равно квадрату собственной концентрации носителей заряда 
. Из этого соотношения находят концентрацию неосновных носителей заряда, т.е. дырок в полупроводнике n-типа ( 
) и электронов в полупроводнике p-типа ( 
).
Удельная электропроводность полупроводника σ ( 
, где 
– удельное сопротивление) прямо пропорциональна концентрации свободных носителей заряда и их подвижности μ:
,.................................... (1.1)
где q – элементарный заряд (q = 1,6∙10–19 Кл).
Для расчета подвижности в германии может быть использована эмпирическая формула:
, (1.2)
где 
‒ суммарная концентрация ионов доноров и акцепторов, остальные величины являются эмпирическими постоянными.