2. Экспериментальные установки для снятия вольтамперной характеристики диодов

 

В работе исследуются вольтамперная характеристика туннельного диода АИ301А (арсенид-галлиевый) и для сопоставления с ней вольтамперная характеристика выпрямительного плоскостного диода.

Рис. 4. Конструкция туннельного диода АИ301А

Исследование вольтамперных характеристик (ВАХ) полупроводниковых диодов различных типов проводится с помощью учебного лабораторного стенда LESO3.

Задание к работе:

2.1. Исследовать вольтамперные характеристики (ВАХ) диодов в прямом включении.

2.1.1. С помощью соединительных проводников собрать схему для исследования ВАХ диодов в прямом включении (рис. 5).

Рис. 5. Схема исследования ВАХ диодов в прямом включении

2.1.2. Установить диапазон регулирования источника Е1 0..1 В. Выбрать на графике по вертикальной оси mА1, диапазон установит 0..10 мА. Выбрать на графике по горизонтальной оси V1, диапазон 0..1 В.

2.1.3. Сохранить график.

2.2. Туннельный диод (ТД) подключить в прямом направлении.

2.2.1. Установить диапазон регулирования источника Е1 0..1 В. Выбрать на графике по вертикальной оси mА1, диапазон установит 0..10 мА. Выбрать на графике по горизонтальной оси V1, диапазон 0..1 В.

2.2.2. Сохранить график.

Рис. 6. Вид собранной на стенде схемы

3. Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений

3.1. Оценить энергию Ферми в материале туннельного диода.

При расчетах следует брать типичное значение концентрации электронов и дырок n~8·10²⁵ м^-3. В качестве эффективной массы электрона m* можно взять обычную массу покоя электрона m=9,1·10^-31 кг.

3.2. Найти энергию E_m, соответствующую максимуму функции распределения электронов в зоне проводимости. Это можно сделать, исследовав на экстремум функцию. Этот анализ довольно трудоемок, поэтому здесь приводим сразу конечный результат:

3.3. Оценить значения U_max и U_min вольт – амперной характеристики туннельного диода с помощью формул:

,

,

Значения коэффициента α принять равным α =10.

3.4. Используя типичные параметры для туннельного диода: ширина запрещенной зоны E_g≈1,4 эВ, толщина перехода a≈2 нм, площадь перехода S≈10^-3 см², оценить вероятность туннельного перехода электронов через потенциальный барьер. Энергию частицы принять равной E = E_m – E_c = (E_F – E_c)-1.1kT.

Высоту барьера определить выражением U = 2·(E_F – E_c)+Eg.

Коэффициент прохождения определить выражением

3.5. Оценить ток в максимуме вольт – амперной характеристики туннельного диода по формуле

,

где S – площадь перехода, 10^-7 м².

3.6. По построенной вольтамперную характеристике туннельного диода определить величины U_max, U_min, I_min.

3.7. По полученным V_max, V_min, I_max оценить положение уровня Ферми относительно зоны проводимости

3.8. положение максимума функции распределения электронов (дырок)   относительно уровня Ферми

Сравнить полученное значение с рассчитанным по формуле.

3.9. Определить вероятность туннелировани электронов через p-n переход

3.10. Результаты всех измерений, теоретических вычислений и экспериментальных данных занести в таблицы. Значение энергии в Дж для удобочитаемости результата следует перевести в эВ

(1эВ=1,6·10^-19 Дж):

	Теоретический расчет	Экспериментальный результат