Денисов Б.Н., Бибанина Е.М. Измерение параметров полупроводниковых материалов. Лабораторный практикум - файл n1.doc

Денисов Б.Н., Бибанина Е.М. Измерение параметров полупроводниковых материалов. Лабораторный практикум
скачать (804.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc805kb.06.11.2012 17:44скачать

n1.doc

1   2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕРАВНОВЕСНЫХ НОСИТЕЛЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ ПО ИЗМЕРЕНИЮ ФОТОПРОВОДИМОСТИ



Параметры неравновесных носителей заряда характеризуют электрофизические свойства полупроводниковых материалов и во многом определяют качество полупроводниковых приборов. К этим параметрам относятся время жизни неравновесных носителей, амбиполярная диффузия, диффузионная длина, скорость поверхностной рекомбинации. Время жизни неравновесных носителей заряда во многом определяет быстродействие полупроводниковых приборов.

Целью настоящей работы является изучение способов определения времени жизни неравновесных носителей заряда путем измерения фотопроводимости.

I. Теоретическая часть



Фотопроводимость полупроводников.

Метод затухания фотопроводимости позволяет измерять время жизни носителей зарядов образцов различных полупроводниковых материалов в интервале от 10-3 до 10-6 при точности 20%, а также скорость поверхностной рекомбинации. В основе метода затухания фотопроводимости лежит процесс рекомбинации неравновесных носителей. Изменение проводимости полупроводника под действием оптического излучения называется фоторезистивным эффектом (фотопроводимостью).

Возможны три варианта переходов электронов между уровнями при поглощении света, которые сопровождаются фоторезистивным эффектом (см. рис.1).

  1. Квант света переводит электроны из валентной зоны (V) в зону проводимости (C) (переход 1-2). При этом возрастает число свободных электронов и дырок, и проводимость полупроводника является биполярной.




Рис.1.


  1. Электроны под действием квантов света переходят из валентной зоны на примесный уровень в запрещенной зоне (переход 1-3). При этом возникает дырочная проводимость. В данном случае монополярная, так как определяется носителями одного знака (дырками в валентной зоне).

  2. Электрон переходит с примесного уровня (донорного) в зону проводимости (переход 4-2). В этом случае проводимость полупроводника будет электронной, монополярной.

Из приведенного рассмотрения следует, что примесная фотопроводимость является монополярной.

Переход электрона с уровня 3 на уровень 4 не будет сопровождаться фоторезистивным эффектом. В этом случае электрон и дырка остаются связанными с решеткой и не могут перемещаться под действием поля.

Проводимость освещенного образца в случае перехода 1-2 может быть записана в виде:

? = е[(n0 + ?n)?n + (p0 + ?p)?p],

где е – элементарный заряд, n0, p0 – равновесные концентрации соответственно электронов и дырок в полупроводнике, ?n и ?p – соответственно избыточная концентрация электронов и дырок при освещении полупроводника, ?n, ?p – соответственно подвижность электронов и дырок. Проводимость освещенного образца складывается из темновой проводимости и фотопроводимости:

,

где ?0n0?n+ep0?p, ?ф=е?n?n+e?p?p, ?0 – темновая проводимость, ?ф – фотопроводимость полупроводника. Если один из слагаемых уравнения (1) мал за счет, например, подвижности (?p<<?n), то фотопроводимость осуществляется носителем одного знака и называется монополярной, если ?p ?n, то – биполярной.

Рассмотрим процесс изменение проводимости во времени при освещении полупроводника светом. Стационарное состояние фотопроводимости и, следовательно, фототока достигается не мгновенно, а лишь через некоторое время с начала освещения. Кривые нарастания и спада фототока называются релаксацией фотопроводимости. Получим законы нарастания и затухания фототока в зависимости от уровня освещения.

1. Случай низкого уровня освещения



Пусть полупроводник освещается светом интенсивности Ф, [Ф]=Квант/с. Энергия квантов света соответствует энергии запрещенной зоне. В этом случае при поглощении кванта света электрон переходит из валентной зоны в зону проводимости, а в валентной зоне возникает дырка. Количество образующихся электронов и дырок равно ?n=?p, причем избыточная концентрация электронов и дырок много меньше равновесной концентрации n0, ?n<<n0 (низкий уровень освещения). Скорость генерации неравновесных носителей может быть записана в виде

G=??Ф, (1)

где ? – коэффициент поглощения (численно равен числу квантов света поглощаемых в единице объема [?]=м-3), ? – квантовый выход (численно равен числу пар носителей зарядов образуемых одним квантом света). Параллельно с процессом генерации идет процесс рекомбинации (переход электронов из зоны проводимости в валентную зону с излучением кванта света с энергией равной энергии запрещенной зоны).

Скорость процесса рекомбинации g пропорциональна концентрации избыточных свободных носителей и может быть записана в виде:

g= - ? (np-n0p0), (2)

где  - вероятность рекомбинации (), n и p - концентрации неравновесных носителей.

В случае биполярной проводимости n=p, n0=p0, ?p=?n, n=n0+?n, p=p0+?р, получим

g= - ? (2n0?n+?n2). (3)

Так как ?n<< n0, вторым слагаемых в уравнении можно пренебречь

g= - 2?n0?n. (4)

Введем обозначение =1/2n0 и получим для скорости генерации:

g=n/. (5)

Величина ? имеет размерность времени и называется временем жизни неравновесных носителей. Скорость изменения концентрации свободных носителей dn/dt записывается как разность между скоростями генерации и рекомбинации:

. (6)

Разделяя переменные и интегрируя с учетом начальных условий ?n=0 при t=0 получаем:

, где . (7)

Установившееся значение неравновесной концентрации электронов определяется из уравнения (7): при t? ?, ?n= ?nст=G?=??Ф?.

При отключении света, начинается спад неравновесных носителей. Скорость изменения концентрации неравновесных носителей заряда запишется в виде:

. (8)

Разделяя переменные и интегрируя при начальных условиях: при t=0, ?n=?nст, получим закон затухания фотопроводимости

. (9)

Прикладывая к полупроводнику постоянное напряжение, получаем выражение для тока через образец:

I=E=US/e=[e(n0+n)n+e(p0+p)p]·US/L. (10)

здесь U – напряжение, Е – напряженность электрического поля, L – длина образца, S – площадь сечения. Так как n0=p0, ?n=?p получим:

I=en0(n+p)US/L+en(n+p)US/L. (11)

Обозначая первое слагаемое через I0 и подставляя вместо ?n выражения (7) и (9), получим изменение тока через образец при включении и отключения света.

При включении

I=I0+Iст(1- е -t/). (12)

При отключении

I=I0+Iст е-t/, (13)

где

Iст= enст (n+p)US/L, (14)

I0 – ток через образец в отсутствии освещения. Фототок через образец может записан как . Зависимость фототока от интенсивности света называется люксамперной характеристикой. При t? из уравнения (12) получим

I=I0+?Iст =I0+kФ, (15)

где k=e(n+p)US/L=const. Из (15) следует, что фототок при низком уровне освещения линейно зависит от интенсивности света. При малом уровне освещения (низкий уровень инжекции) фототок при включении и выключении света изменяется по экспоненциальному закону.
2. Высокий уровень освещения
При большом уровне инжекции (высокий уровень освещения) ?n=?p>>n0+p0. В этом случае выражение (2) для скорости рекомбинации g запишем в виде:

g= - ? (np-n0p0)= - ? [(n0+?n)(p0+?p)-n0p0]т. (16)

Полагая n0=p0, ?n=?p получим

g= - ? (2n0?n+?n2). (17)

Так как ?n>>n0, скорость рекомбинации неравновесных носителей равна:

g= - ??n2, (18)

где ? – коэффициент рекомбинации. В этом случае дифференциальное уравнение для скорости применения концентрации свободных носителей при включении освещения будет иметь вид

, (19)

где G – скорость генерации неравновесных носителей, G=??Ф. Закон рекомбинации (19) называется квадратичным. Разделяя переменные в уравнении (19) и используя начальные условия при t=0, ?n=0, после интегрирования получим закон изменения неравновесной концентрации свободных носителей

?n=?nст th t? ?nст, (20)

где - установившееся значение неравновесной концентрации при t??. Закон нарастания свободных носителей описывается гиперболической тангенсоидой.

Изменение концентрации свободных носителей при отключении напряжения находится в результате интегрирования при начальном условии t=0, ?n=?nст дифференциального уравнения вида:

. (21)

После интегрирования получим:

. (22)

Из (22) следует, что закон спада является гиперболой. Законы изменения фототока при включении и отключении могут быть получены из (20) и (22).

Для нарастания , (23)

где , - время жизни неравновесных носителей.

Для спада . (24)

В случае большого уровня освещения величина времени жизни будет определяться концентрацией неравновесных носителей:

. (25)

Так как величина ?n зависит от освещения и времени, то ? является переменной величиной, поэтому в этом случае необходимо пользоваться понятием мгновенного времени жизни.

Для нарастания . (26)

Для спада . (27)

В общем случае для описания релаксации фотопроводимости мгновенное время жизни оценивается из соотношения:

. (28)

Полученные аналитические зависимости для фототока позволяют определить закон изменения стационарного фототока при высоком уровне инжекции

, (29)

где .

При квадратичном законе рекомбинации люксамперная характеристика является нелинейной, фототок пропорционален корню квадратному из интенсивности света.
II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
Методика измерения параметров полупроводников

при исследовании фотопроводимости
Схема установки для исследования изображена на рис.2.


Рис.2. Схема измерения фотопроводимости

1 – генератор сигналов специальных сигналов Г5-72, 2 – светодиод, 3 – образец, 4 – сопротивление нагрузки, 5 – осциллограф, 6 – источник постоянного напряжения Б5-47, R0 – сопротивление, ограничивающее ток светодиода.
Источник света (ИК - светодиод) (2) питается от генератора прямоугольных импульсов напряжения (1) (либо синусоидального напряжения). Энергия кванта света должна соответствовать ширине запрещенной зоны полупроводника. В генераторе предусмотрена подача постоянного смещения на диод с целью выведения светодиода на линейный режим работы. Импульсы света, излучаемые светодиодом, попадают на образец (3) и вызывают изменение проводимости образца. Питание образца осуществляется от источника постоянного напряжения. Ток через образец измеряется по падению напряжения на известном сопротивлении Rн (4) с помощью осциллографа (5). Сопротивление Rн выбирается так, чтобы падение напряжения на образце при освещении изменялось не значительно. Rн<н, выбирается из соотношения

Rн?0,01R. (30)

Если чувствительности осциллографа не хватает для проведения измерений, то для обеспечения максимальной чувствительности, нагрузочное сопротивление выбирают из соотношения

, (31)

где R0 – сопротивление образца в темноте.
1. Определение времени жизни неравновесных носителей

заряда в случае низкого уровня инжекции
1. Способ.

Определение постоянной времени (времени жизни) осуществляется при помощи кривой затухания фототока (13).

Для этого освещают образец прямоугольными импульсами света. Длительность импульсов света должна быть такова, чтобы успевало установиться стационарное значение фототока. Интенсивность света при этом необходимо выбирать так, чтобы выполнялось соотношение , что соответствует низкому уровню инжекции (освещения). После этого осциллограф переводят в режим измерения переменного напряжения , это позволит отсечь постоянную составляющую фототока (I0). В этом случае уравнение для затухания фототока будет иметь вид:

. (32)

Вид кривой затухания на экране осциллографа приведен на рис.3. Перед измерением постоянной времени необходимо проверить экспоненциальность кривой затухания. Для этого нужно построить кривую затухания в координатах , t. Если получится прямая линия, следовательно, закон затухания экспоненциальный.


Рис.3.

Исходя из (32) по кривой затухания определяется время жизни свободных носителей ?. При t=? получим:

. (33)

Для определения ? находят точку на кривой затухания, в которой ?I=0,37?Iст и определяют время t, соответствующее этой точке. Это время будет равно ?. Начало отсчета t=0 полагают в момент начала затухания.
2. Способ.

Иногда изменение проводимости полупроводника осуществляют световыми импульсами синусоидальной формы Ф=Ф0(1+cos?t). В этом случае ток через фотопроводники будет изменяться по закону:

, (34)

где ?=arctg(??), ?Iст – максимальная амплитуда переменной составляющей фототока при ?0, ? – круговая частота световых импульсов, , – частота, – время жизни свободных носителей.

Для определения ? изменяют частоту модуляции света (изменяя частоту питающего напряжения светодиода) от ?, при которой амплитуда переменной составляющей максимальна (??<<1) (в нашем случае ), до частоты, при которой амплитуда переменной составляющей уменьшится в раз (??=1). Постоянную времени определяют по формуле ; ? – частота модуляции света в герцах.

При исследовании амплитуды переменной составляющей вход осциллографа должен быть переключен в положение ..
2. Определение времени жизни неравновесных

носителей при высоком уровне инжекции (освещения)
В этом случае питание светодиода осуществляется прямоугольными импульсами напряжения (U?6В). Причем уровень освещенности таков, что ?Iст?5I0. Длительность импульсов должна быть такой, чтобы установился стационарный фототок . Запишем выражение для фототока нарастания (23) в виде:

. (35)

При t=?, th1?0,76 из (35) получим I=0,76?Iст. Для определения ? необходимо на кривой нарастания (рис.4) найти точку I=0,76?Iст. Время соответствующее этой точке равно времени жизни носителей при данном уровне возбуждения.



Рис.4.


Контрольные вопросы


  1. Назвать виды переходов электронов между уровнями в полупроводнике, которые сопровождаются фоторезистивным эффектом.

  2. Как обеспечить максимальную чувствительность при измерении фотопроводимости?

  3. Как определить время жизни неравновесных носителей при малом уровне инжекции (освещении)?

  4. Как определить время жизни неравновесных носителей при квадратичной рекомбинации (высокий уровень освещения)?

  5. Как зависит фототок от интенсивности света при низком и высоком уровне освещения?


Литература


  1. Шалимова К.В. Физика полупроводников. М. Энергия. 1971.

  2. Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. М. 1962.

  3. Ковтонюк Н.Р., Концевой Ю.А. Измерение параметров полупроводников. М.: Металлургия. 1970.


Лабораторная работа №4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕРАВНОВЕСНЫХ

НОСИТЕЛЕЙ В Р-N ПЕРЕХОДЕ
Время жизни свободных носителей во многом определяет работу полупроводниковых приборов. Например, от этого параметра во многом зависит коэффициент усиления по току транзистора, величина обратного тока диода, КПД солнечных батарей, чувствительность и быстродействие фоторезисторов. В данной работе изучается неразрушающий метод определения и контроля времени жизни неравновесных носителей в р-n переходе. Целью работы является изучение методов определения времени жизни неравновесных носителей в р-n переходе.
I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
Электронно-дырочный переход.
Р-n переход нельзя осуществить путем простого соприкосновения двух разных полупроводниковых пластин, потому что при этом неизбежен промежуточный слой воздуха или поверхностных пленок в области контакта. Р-n переход получают в единой пластине путем введения на одну поверхность полупроводника примеси, которая создает р- слой в полупроводнике n типа (или n- слой в полупроводнике р типа). В р - слое основными носителями являются дырки, в n - слое – электроны. На рис.1 изображена зонная схема р- и n- областей.

Для получения р – слоя в полупроводник вводится примесь с валентностью на единицу меньше, чем валентность полупроводника. Эти примеси создают акцепторные уровни (А) в запрещенной зоне, лежащие вблизи потолка валентной зоны (V) полупроводника. Электроны под действием тепловой энергии переходят на акцепторные уровни, а дырки в валентную зону.
Р
ис.1.

V – валентная зона, С – зона проводимости,

А – акцепторные уровни, D – донорные уровни.

Вследствие чего акцепторные уровни в р - слое заряжаются отрицательно. Проводимость в р - слое обеспечивают дырки, которые могут свободно перемещаться в валентной зоне. В n - слой полупроводника вводится примесь, валентность которой на единицу больше валентности полупроводника. Такие примеси дают донорные уровни (D) в запрещенной зоне, которые располагаются вблизи дна зоны проводимости (С). За счет тепловой энергии электроны с донорных уровней переходят в зону проводимости и обеспечивают проводимость n типа. На донорных уровнях за счет этого перехода возникает положительный заряд.


По соотношению концентрации основных носителей в слоях р-n переходы делят на симметричные и несимметричные. В симметричных р-n переходах концентрация дырок в р - слое равна концентрации электронов в n- слое . Такие переходы трудно реализовать практически. Более распространенными являются несимметричные переходы, в которых , либо . Слой, в котором концентрация основных носителей больше, принято называть эмиттером, а слой, в котором концентрация основных носителей меньше – базой. Сопротивление эмиттера меньше сопротивления базы. В дальнейшем для определенности будем рассматривать р-n переход в котором . В этом случае р - слой является эмиттером, а n - слой базой. Электронно-дырочный переход изображен на рис.2.

Рис.2. Структура р-n перехода в случае .
Поскольку концентрация дырок в р - слое больше, чем в n - слое, часть дырок диффундирует из р - слоя в n - слой, а электроны соответственно диффундируют в р - слой. При этом в n - слое дырки будут рекомбинировать с электронами, а в р - слое электроны захватываться дырками. В результате образуется область в р - слое обедненная основными носителями дырками, а в n - слое обедненная основными носителями электронами. Область с пониженной концентрацией основных носителей называется р-n переходом. Различие концентрации основных носителей в р и n слоях приводит к различной протяженности обедненных областей в этих слоях. В случае, когда , обедненная область будет иметь больший размер в n - слое. В обедненных слоях образуются пространственные заряды. В n - слое положительный заряд доноров, в р - слое отрицательный заряд акцепторов. Эти заряды создают разность потенциалов, которая называется контактной. В равновесном состоянии диффузионный поток носителей, обусловленный градиентом концентрации, уравновешивается дрейфом носителей под действием контактной разности потенциалов и суммарный ток через р-n переход равен нулю. (Дрейф – движение носителей заряда под действием электрического поля; диффузия – движение носителей заряда, обусловленное градиентом концентрации зарядов). Контактная разность потенциалов называется высотой потенциального барьера. Величина контактной разности потенциалов может быть найдена с помощью выражения:

, (1)

где k – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, е – элементарный заряд, nn и nр – концентрация электронов в n- и р- слое соответственно.

Зависимость ширины р-n перехода в равновесном состоянии () от высоты потенциального барьера запишем в виде:

, (2)

где Nd – концентрация доноров в n - слое, Na – концентрация акцепторов в р слое, - электрическая постоянная, - диэлектрическая проницаемость полупроводника.

В случае несимметричного р-n перехода (р>>n), следовательно, выражение (2) можно записать в виде:

. (3)

Полагая Nd = nn и выражая nn из соотношения , (n - удельное сопротивление полупроводника), выражение (3) запишется в виде:

, (4)

где n – подвижность электронов.

Для р-n перехода на кристалле из кремния с параметрами n=1 Омсм и Uк=0,75В, величина обедненного слоя имеет ширину 0=0,5 мкм. Из соотношения (4) следует, что при увеличении удельного сопротивления n слоя равновесная ширина обедненной области увеличивается.

При подключении ЭДС к р-n переходу нарушается равновесие в системе в результате протекания тока. Так как удельное сопротивление р-n перехода на несколько порядков выше, чем p и n слоя, то все приложенное напряжение падает на р-n переходе. Из этого следует, что изменение высоты потенциального барьера должно быть равно:

, (5)

где U- напряжение, приложенное к р-n переходу.

Подставляя выражение (5) в (3), получим зависимость ширины обедненной области () от приложенного напряжения U:

. (6)

Ширина обедненной области уменьшается при прямом включении р-n перехода (положительный потенциал приложенного напряжения на р - слое, U>0) и увеличивается при обратном включении напряжения (минус на р- слое, U<0). При прямом смещении высота потенциального барьера уменьшится, в результате большее число дырок входит в n- область, а электронов в р- область. Увеличение концентрации неосновных носителей (, ) в полупроводнике называется инжекцией неосновных носителей через р-n переход. Для восстановления электрической нейтральности полупроводника из внешних электродов должно войти такое же количество электронов и дырок. При обратной полярности поданного напряжения (минус к р- области и полюс к n- области) потенциальный барьер повышается. Количество основных носителей в р-n переходе будет уменьшаться, а, следовательно, уменьшается количество неосновных носителей вследствие соблюдения электронейтральности. Явление уменьшения концентрации неосновных носителей в р-n переходе называется экстракцией неосновных носителей. При обратной полярности приложенного напряжения ширина р-n перехода (области обедненной основными носителями) возрастает и равна:

. (7)

В несимметричном р-n переходе это увеличение будет происходить в сторону области с меньшей концентрацией основных носителей. С увеличением ширины высокоомной области (р-n перехода) будет происходить увеличение нескомпенсированных объемных зарядов (в n - слое положительных зарядов доноров, а в р - слое отрицательных зарядов акцепторов). Такое изменение размеров высокоомной области и величины объемного заряда эквивалентно емкости. Эта емкость называется зарядной или барьерной. Величина такой емкости может быть определена из формулы плоского конденсатора:

. (8)

Емкость р-n перехода при положительном смещении будет больше, чем при отрицательном.

Рассмотрим процесс переключения р-n перехода с прямого направления на обратное. Пусть на р-n переход подается напряжение в виде разнополярных импульсов (рис.3). Осциллограмма тока через него имеет вид, показанный на рис.4.



Рис.3. Т1 – длительность положительного импульса напряжения,

Т2 – длительность отрицательного импульса напряжения.


Рис.4.
Полупроводниковый диод является инерционным элементом по отношению к быстрым изменениям тока или напряжения. Это связано с тем, что новое распределение носителей в р- и n- областях устанавливается не сразу. При переключении диода в момент времени t0 из прямого направления в обратное, инжекция неосновных носителей прекращается и концентрация накопленных дырок в базе начинает уменьшаться.

До тех пор пока концентрация неравновесных носителей не спадет до нуля, сопротивление р-n перехода остается малым в течение времени tр и ток

(Iобр) в цепи будет определяться включенным последовательно с диодом сопротивлением. После уменьшения до нуля наступает уменьшение обратного тока до значения тока насыщения (I0). В течение времени tр обратный ток приблизительно равен прямому току. Теоретический расчет и эксперимент показывают, что длительность tр ступеньки обратного тока и время жизни носителей после переключения полярности связаны с прямым Iпр и обратным Iобр токами соотношением:

, (9)

где  - время жизни неосновных носителей, tр - длительность ступеньки обратного тока (см. рис.4).

В частном случае, когда , формула (9) примет вид:

. (10)

Быстродействие диода определяет время жизни неосновных носителей, инжектированных в базу. Р-n переход работает как выпрямитель пока период переменного напряжения значительно больше времени жизни неосновных носителей. Измерение времени жизни позволяет оценивать и контролировать быстродействие диода. В данной работе рассматриваются неразрушающий метод контроля времени жизни неосновных носителей диодов. Наблюдая картину переходного процесса по осциллограмме тока через р-n переход, можно определить , tp и рассчитать время жизни .
II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
Измерение времени жизни неосновных носителей.
1.Способ.

Схема экспериментальной установки приведена на рис.5. Установка включает в себя генератор прямоугольных разнополярных импульсов и осциллограф. Ток через диод определяется осциллографом по падению напряжения на сопротивлении R, включенным последовательно с диодом. Сопротивление R должно быть сравнимо с дифференциальным сопротивлением диода. Осциллограф должен работать в ждущем режиме.



Рис.5.
Порядок проведения измерений.


  1. Изменяя длительность и период следования импульсов (U=1B, T10,5мкс, Т20,5мкс), получить осциллограмму тока через диод аналогично рис.4. Измерить Iпр и Iобр, tр.

  2. С помощью соотношений (9) и (10) определить время жизни . Для проведения расчетов по формуле (9) необходимо воспользоваться данными таблицы 1, где приведены значения . Для этого необходимо найти отношение , которое равно значению . Далее по таблице находят . Зная величину и tр определяют . Формула содержит отношение токов, следовательно, ток можно измерять в единицах деления шкалы. Например, если ; tр =0,5 мкс, то . В таблице наиболее близкое значение =0,503. Это значение соответствует величине , откуда и .


Таблица.1



0,428

0,438

0,448

0,457

0,466

0,476

0,485

0,494

0,503

0,512

0,521



0,4

0,41

0,42

0,43

0,44

0,45

0,46

0,47

0,48

0,49

0,5






0,529

0,539

0,545

0,555

0,563

0,572

0,58

0,588

0,596

0,604



0,51

0,52

0,53

0,54

0,55

0,56

0,57

0,58

0,59

0,6




  1. Измерения проделать для трех различных диодов.


2.Способ.

Время жизни неосновных носителей можно определить по частотной зависимости выпрямленного тока через р-n переход. Теоретические расчеты показывают, что зависимость амплитуды выпрямленного тока от частоты при малых уровнях инжекции и сопротивлении нагрузки много большим дифференциального сопротивления диода имеет вид:

, (11)

где I() – амплитуда выпрямленного тока на частоте , I(0) – ток при постоянном прямом смещении,  - круговая частота, , f – частота в Гц,  - время жизни неосновных носителей.

При ,  можно определить по формуле:

, (12)

где - частота, при которой амплитуда выпрямленного тока в два раза меньше амплитуды тока при подачи постоянного прямого смещения. Схема установки приведена на рис.5, где в схеме вместо генератора прямоугольных импульсов Г5-72 используется ВЧ генератор Г4-53. В качестве нагрузочного сопротивления используется сопротивление R=3Ком.
Порядок проведения измерений.


  1. Изменяя частоту генератора добиваются выполнения соотношения . Амплитуду выпрямленного тока определяют осциллографом по падению напряжения на сопротивлении R=3Ком. За можно принять амплитуду выпрямленного тока на частоте 50Гц.

  2. После определения рассчитывают  по формуле (12).

  3. Измерения проделать для трех различных диодов.


КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.


  1. Как создается р-n переход?

  2. Какова валентность донорных и акцепторных примесей?

  3. Объяснить возникновение в контактной разности потенциалов в р-n переходе?

  4. От каких величин зависит контактная разность потенциалов?

  5. В каком слое несимметричного р-n перехода обедненная основными носителями область больше?

  6. Что такое зарядовая емкость р-n перехода?

  7. Почему при переключении диода с прямого направления в обратное, через него некоторое время течет ток сравнимый с током в прямом направлении?

ЛИТЕРАТУРА.


  1. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия. 1977, с150.

  2. Ковтонюк Н.Р., Концевой Ю.А. Измерение параметров полупроводников. М.: Металлургия. 1970, с 212.

  3. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. М.: Сов. Радио. 1980, с 49.


СОДЕРЖАНИЕ.
ПРЕДИСЛОВИЕ………………………………………………………………….3

Лабораторная работа №1. Исследование спектральной

зависимости фотопроводимости и определение ширины

запрещенной зоны полупроводников ……………………………..…………….4

Лабораторная работа № 2. Определение параметров

полупроводников из измерений эффектов Холла……………………………..13

Лабораторная работа № 3. Определение времени жизни

неравновесных носителей в полупроводниках по

измерению фотопроводимости…………………………………………………19


Лабораторная работа №4. Определение времени жизни

неравновесных носителей в р-n переходе ……………………………………..31




1   2


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации