Тема: Исследование температурной зависимости электросо- противления p-n-перехода

2. Цель работы:

- экспериментальное исследование параметров и характеристик p-n -перехода;

- приобретение практических навыков работы с электронно-вычислительной техникой.

3. Исходные данные:

-модель p-n -перехода реализована в среде программирования Electronics Workbench.

4. Программное обеспечение:

среда программирования Electronics Workbench, Mathcad, Excel программные модули лабораторной работы.

5. Теория:

Зависимость величины тока через переход от приложенного напряжения при различных температурах и типах материала отражают вольтамперные характеристики, рис.1.

Рис.1

Приведенные кривые соответствуют:

1). 1 - Т1; 2 -Т2; 3 - Т3, причем Т1> T2> T3 для одного типа материала;

2). 1- Ge; 2 - Si; 3 – AsGa.

В общем случае, для описания ВАХ используют выражение (1)

(1)

где – температурный потенциал;

U - напряжение прикладываемое к переходу;

эВ/К– постоянная Больцмана;

термодинамическая температура;

– коэффициент инжекции, в зависимости от типа материала ;

G – проводимость утечки, определяется поверхностным состоянием p - n перехода;

I ₀ – тепловой ток, который зависит от температуры и определяется свойствами полупроводникового материала, из которого изготовлен переход.

Типовыми значениями указанных параметров являются:

Табл.№1

Тип материала	, А [t=-20oC; T=253K]	, А [t=18oC; T=291K]	, А [t=80oC; T=353K]		G, См
Ge				1, 7
Si				1, 7
AsGa				1, 9

Тепловой ток I ₀ определяется соотношением:

S – площадь перехода;

коэффициент диффузии неосновных носителей заряда, соответственно дырок в n-области перехода и электронов в p-области;

диффузионная длина неосновных носителей заряда;

и - концентрации неосновных носителей заряда.

Концентрации неосновных носителей определяются из закона термодинамического равновесия.

Для полупроводников р -типа

Для полупроводников n -типа

Величина является одной из важнейших характеристик полупроводникового материала, она определяет концентрацию свободных носителей заряда (электронов и дырок) в собственном (беспримесном) полупроводнике. Для характерна сильно выраженная температурная зависимость, которая определяется соотношением:

где ширина запрещенной зоны полупроводника, принимающая значения:

эВ; эВ; эВ.

N _c, _v - эффективные плотности состояний в зоне проводимости и валентной зоне полупроводника соответственно.

В общем случае, p-n- переход характеризует:

1). Статическое сопротивление (сопротивление p-n -перехода постоянному току).

(2)

2). Дифференциальное сопротивление (сопротивление p-n -перехода переменному току).

(3)

3). Коэффициент выпрямления

, при U = 1, 2· U^* В. (4)

где U* - напряжение открытого перехода при комнатной температуре в нормальном режиме, для кремния U* = 0, 75 В.