Санкт-Петербург. Отчет по лабораторной работе №8

Отчет по лабораторной работе №8

По дисциплине: ___ _ Физика твердого тела____________

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Исследование температурных характеристик диодов.

Выполнил: студент гр. ТПП-10 ___________ /Судаков К.А. /

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: доцент ___________ /Космотынская Ю.В./

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

Цель работы:

изучение влияния температуры на характеристики выпрямляющих диодов.

Схема:

Электрическая схема для исследования ВАХ характеристик диодов.

Здесь E – источник тока, R - -сопротивление, A – амперметр, V – вольтметр. В качестве амперметра и вольтметра используются мультиметры, с автоматическим отключением питания. Если это произошло, то необходимо просто заново включить мультиметр.

Краткие теоретические сведения:

Пробой диодов

При достижении обратным напряжением некоторого критического для данного диода значения происходит резкое увеличение обратного тока через диод. Это явление называется пробоем диода. В зависимости от физических явлений, приводящих к пробою, различают лавинный, туннельный и тепловой пробои.

Лавинный пробой. Под действием сильного электрического поля, при котором носители заряда приобретают энергии, достаточные для образования новых электронно-дырочных пар в результате ударной ионизации атомов полупроводника, возникает лавины носителей заряда. Пробивное напряжение определяется концентрацией примеси в слаболегированной области, т.к. она определяет ширину p-n перехода. С повышением температуры уменьшается длина свободного пробега носителей заряда, а значит, уменьшается и энергия, которую носитель заряда может приобрести на длине свободного пробега в электрическом поле. Следовательно, повышение температуры приводит к увеличению пробивного напряжения при лавинном пробое (рис.5). При возникновении лавинного пробоя возникают шумы. Вначале этот процесс неустойчив: он возникает, срывается, возникает снова. С увеличением тока процесс ударной ионизации становится устойчивым, и шумы исчезают. Это характерная особенность лавинного пробоя.

Рис.5. Зависимость Uпроб от температуры при лавинном пробое.

Туннельный пробой. Если ширина потенциального барьера δ становится достаточно малой, то возможно туннелирование электронов сквозь запрещенную зону полупроводника без изменения их энергии. Внешне туннельный эффект проявляется как пробой диода, при этом пробивное напряжение обратно пропорционально концентрации примесей. При одной и той же ширине запрещенной зоны (для одного и того же материала) ширина потенциального барьера определяется напряженностью электрического поля, т.е. наклоном энергетических уровней и зон. Значение критической напряженности электрического поля составляет примерно 8· 105 В/м для Si и 3· 105 В/м для Ge. С повышением температуры ширина запрещенной зоны большинства полупроводников убывает. Следовательно, при этом уменьшается и толщина барьера при той же напряженности поля, что приводит к увеличению вероятности туннелирования сквозь потенциальный барьер, поэтому пробивное напряжение при туннельном пробое уменьшается с увеличением температуры (рис. 6). Так как при туннельном пробое необходима малая толщина p-n перехода, он наблюдается в диодах, изготовленных из полупроводников с большой концентрацией примесей.

Рис.6. Зависимость Uпроб от температуры при туннельном пробое.

Тепловой пробой. Тепловой пробой в диодах происходит с образованием так называемого «шнура» или канала высокой проводимости, температура в котором превышает среднюю температуру остальной части p-n перехода. Образование шнура обычно вызвано дефектами в p-n переходе. Если плотность обратного тока в каком-нибудь месте p-n перехода оказалась больше плотности тока в остальной части перехода, то температура этого места будет еще выше из-за выделяющегося тепла Джоуля-Ленца. Локальное увеличение температуры приводит к дальнейшему росту плотности тока, что вызывает локальное повышение температуры и т.д. Тепловой пробой может возникнуть и при малых обратных токах и напряжениях.

Таблицы:

Таблица №1. Определение зависимости тока от напряжения.

D1 D2 D3 D4

t U, мВ I, мА U, мВ I, мА U, мВ I, мА U, мВ I, мА

28 0, 041 0 0 0 0 0 0 0

0, 04 0, 02 100 0, 07 0, 5 0, 029 0, 1 0, 012

0, 6 0, 03 200 0, 05 1 0, 064 0, 2 0, 013

0, 8 0, 05 300 0, 02 1, 5 0, 1 0, 3 0, 019

1 0, 06 400 0, 015 2 0, 3 0, 4 0, 032

1, 2 0, 06 500 0, 028 2, 5 0, 4 0, 5 0, 021

1, 4 0, 08 600 0, 03 3 0, 6 0, 6 0, 03

1, 6 0, 1 700 0, 04 3, 5 0, 9 0, 7 0, 048

1, 8 0, 15 800 0, 044 4 1, 2 0, 8 0, 05

2 0, 24 4, 5 1, 5

2, 2 0, 32 5 1, 9

2, 4 0, 4

2, 6 0, 49

2, 8 0, 61

3 0, 73

40 0, 04 0 0 0 0 0 0 0

0, 4 0, 042 100 0, 03 0, 5 0, 018 0, 1 0, 03

0, 6 0, 075 200 0, 06 1 0, 1 0, 2 0, 06

0, 8 0, 8 300 0, 01 1, 5 0, 16 0, 3 0, 09

1 0, 1006 400 0, 03 2 0, 28 0, 4 0, 12

1, 2 0, 125 500 0, 038 2, 5 0, 5 0, 5 0, 03

1, 4 0, 137 600 0, 05 3 0, 75 0, 6 0, 04

1, 6 0, 173 700 0, 076 3, 5 1 0, 7 0, 05

1, 8 0, 2 800 0, 07 4 1, 9 0, 8 0, 06

2 0, 3 4, 5 2, 2

2, 2 0, 4 5 2, 6

2, 4 0, 5

2, 6 0, 6

2, 8 0, 7

3 0, 9

50 0, 04 0 0 0 0 0 0 0

0, 4 0, 035 100 0, 016 0, 5 0, 05 0, 1 0, 05

0, 6 0, 068 200 0, 02 1 0, 15 0, 2 0, 06

0, 8 0, 12 300 0, 03 1, 5 0, 24 0, 3 0, 09

1 0, 158 400 0, 039 2 0, 32 0, 4 0, 12

1, 2 0, 183 500 0, 047 2, 5 0, 47 0, 5 0, 14

1, 4 0, 2 600 0, 63 3 0, 66 0, 6 0, 03

1, 6 0, 21 700 0, 075 3, 5 0, 92 0, 7 0, 05

1, 8 0, 232 800 0, 087 4 1, 28 0, 8 0, 09

2 0, 32 4, 5 1, 61

2, 2 0, 42 5 1, 95

2, 4 0, 52

2, 6 0, 61

2, 8 0, 72

3 0, 81

Графики:

26 градусов

Диод 1

Диод 2

Диод 3

Диод 4

40 градусов

Диод 1

50 градусов

Диод 1

Вывод: