Исследование свойств p-n перехода. Диод, стабилитрон

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ p-n ПЕРЕХОДА. ДИОД, СТАБИЛИТРОН

Вариант №3

Амантаев Даурен Сапарович

Бейсенов Дамир Анатольевич

Цель работы

Снятие и анализ вольт-амперных характеристик (ВАХ) диода и стабилитрона; определение их параметров по характеристикам.

Краткие сведения  из теории

Основное значение для работы полупроводниковых приборов имеет электронно-дырочный переход, который для краткости называют р-n переходом.

Р-n переходом называют область на границе двух полупроводников, один из которых имеет дырочную (p), а другой – электронную (n) электропроводность.

Итак, электронно-дырочная  возникает при соприкосновении двух полупроводников с различными типами электропроводности. До соприкосновения в обоих полупроводниках электроны и дырки были распределены равномерно.

При соприкосновении полупроводников в пограничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок. Свободные электроны из зоны полупроводника n-типа занимают свободные уровни в валентной зоне полупроводника р-типа. В результате вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким электрическим сопротивлением, - так называемый запирающий слой (на рисунке 3.1, а обозначен штриховой линией). Толщина запирающего слоя обычно не превышает нескольких микрометров.

Схема 1

[pic 1]

       Если к р-n переходу приложить внешнее напряжение, как показано на рисунке 3.1, б, то это приведет лишь к расширению запирающего слоя, так как отведет от контактной зоны и положительные, и отрицательные носители заряда. При этом сопротивление р-n перехода велико, ток через него мал – он обусловлен движением неосновных носителей заряда (дырок в n-области, и электронов в р-области). В этом случае ток называют обратным, а p-n переход закрытым.

При противоположной полярности источника напряжения (рисунок 3.1, в) запирающий слой уменьшается и исчезает. Сопротивление р-n перехода резко снижается, и возникает сравнительно большой ток. Ток при этом называют прямым, а переход – открытым.

Диод. Полупроводниковый диод содержит один p-n-переход и имеет два вывода от p и n-областей. Условное графическое обозначение (УГО) и цифренно-буквенное обозначение (ЦБО) диода представлены на рисунке 3.2,а.  Область с дырочной проводимостью называется анодом, а с электронной – катодом. Диоды делятся на группы: выпрямительные диоды, стабилитроны, стабисторы импульсные диоды, туннельные диоды, варикапы, фотодиоды и светодиоды.

Наиболее распространенными являются выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды, в которых используется основное свойство p-n-перехода — его односторонняя электропроводность, применяют главным образом для выпрямления переменного тока в диапазоне частот от 50 Гц до 100 кГц.

Работа полупроводникового диода в электрической схеме определяется его вольт-амперной характеристикой (ВАХ).

Диоды изготовляют на основе германия и кремния. Германиевые диоды применяют для обработки сигналов малой амплитуды (до 0,3 В). Кремниевые диоды при подаче на них сигналов такой амплитуды одинаково плохо проводят ток как в прямом, так и в обратном направлениях. Кремниевые диоды распространены шире, чем германиевые, и применяются в тех случаях, когда обратный ток недопустим. Кроме того, они сохраняют работоспособность до температуры окружающей среды 125—150 °С, тогда как германиевые могут работать только до 70 °С. Кремниевые диоды открываются лишь при напряжении 0.5…0.7 В.

Превышение Uобр.max переводит диод в режим пробоя. Различают электрический и тепловой пробои p-n перехода. Электрический пробой может быть лавинным или туннельным и не сопровождаться разрушением p-n-перехода. Тепловой пробой, как правило, приводит к разрушению p-n перехода и выходу диода из строя. Первые два связаны с увеличением напряженности электрического поля в переходе, а третий – с увеличением рассеиваемой мощности и, соответственно, температуры.

Схема 2

[pic 2]

Как правило, тепловой пробой не имеет самостоятельного значения: он может начаться лишь тогда, когда обратный ток уже приобрел достаточно большую величину в результате лавинного или туннельного пробоя.