Исследование свойств и характеристик полупроводниковых структур

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР

по курсу «Материаловедение: электротехнические материалы»

 

 

для студентов специальностей

140205, 140211, 140604, 140605, 140606, 140607, 140608, 210106

очной, очно-заочной, заочной форм обучения

 

Нижний Новгород 2008

Составители: А.В. Богатырева, Е.А. Флаксман

 

УДК 621.313

 

 

Исследование свойств и характеристик полупроводниковых структур: методические указания к лабораторной работе для студентов специальностей 140205, 140211, 140604, 140605, 140606, 140607, 140608, 210106 очной, очно-заочной, заочной форм обучения / НГТУ им. Р.Е. Алексеева;

сост.: А.В. Богатырева, Е.А. Флаксман - Н. Новгород.2008. - 30с.

 

Даются описание лабораторных установок, порядок выполнения работы, задания и краткие сведения из теории.

 

 

Научный редактор А.И.Чивенков

Редактор Э.Б. Абросимова

 

 

Подп. к печ...2008. Формат 60х84^I /16. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ.л.. Уч.-изд. л.. Тираж 300 экз. Заказ.

___________________________________

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. 603600, Н. Новгород, ул.Минина, 24.

© Нижегородский государственный

технический университет

им. Р.Е. Алексеева, 2008

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение принципа действия, характеристик и параметров полупроводниковых диодных и транзисторных структур на основе германия и кремния.

 

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полупроводниковые материалы обладают проводимостью, которой можно управлять, изменяя напряжение, температуру освещенность и другие факторы.

Проводниковые материалы делятся по составу:

1) простые полупроводники - материалы, основной состав которых образован атомами одного химического элемента (германий, кремний, селен, теллур);

2) полупроводниковые соединения – материалы, состав которых образован атомами различных химических элементов. К этой группе относятся твердые растворы и химические соединения типа А^mBⁿ, где верхние индексы m и n обозначают группы Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

а) сложные полупроводники типа А ^IV B ^IV;

б) сложные полупроводники типа А ^III B ^V;

в) сложные полупроводники типа А ^II B ^VI;

г) сложные полупроводники типа А ^IV B ^VI;

д) сложные полупроводники типа А ₂^V B ₃^VI;

е) оксидные полупроводники;

ж) стеклообразные полупроводники;

и) органические полупроводники.

Наибольшее применение нашли неорганические кристаллические полупроводники.

В зависимости от характера электропроводимости различают собственные и примесные полупроводники.

ЭЛЕКТРОПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

 

ПРОСТЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

 

Германий

В земной коре содержание германия невелико и составляет при­мерно 0,001%. Германий почти не имеет своих руд. Единственная руда германид содержит меди, железа и цинка гораздо больше, чем германия. В ничтожных количествах (0,01...0,5%) германий содер­жится в цинковых рудах, угольной пыли, золе, саже и морской воде. Он рассеян в силикатах, сульфидных минералах, а также в минера­лах, представляющих собой сульфасоли. Большое количество германия (до 100 г/т) содержат бурые сорта угля.

Получают германий в результате сложного технологического процесса из продуктов сгорания бурого угля. Окончательным про­дуктом этого процесса является монокристаллический германий в виде слитков.

Кристаллический германий – твердый, хрупкий материал с характерным металлическим блеском. Кристаллизуется в виде кубической решетки типа алмаза. Ширина запретной зоны при комнатной температуре =0.75эВ, при температуре 300К =0.67эВ. Рабочая температура полупроводниковых приборов на основе германия не превышает 80°С. Концентрация собственных носителей заряда n_i =2.5×10¹⁹ м^-3. Собственное удельное электрическое сопротивление =0.68Ом×м. Электропроводимость германия зависит от температуры. При низких температурах (Т <5.4К) и высоких давлениях (Р >11ГПа) германий переходит в сверхпроводящее состояние.

При плавлении удельная проводимость германия возрастает скачком примерно в 13 раз. При дальнейшем нагреве удельная проводимость сначала почти не изменяется, а начиная с температуры 1100°С - падает. В момент плавления германия происходит увеличение его плотности на 5 - 6%.

Для производства полупроводниковых приборов используют германий электронного и дырочного типов с определенным удель­ным электрическим сопротивлением. Тип проводимости и удель­ное электрическое сопротивление германия определяется количе­ством введенных в исходный материал примесей. Монокристалли­ческий германий различных марок, легированный сурьмой, мышь­яком, галлием и золотом, обладает удельным электрическим сопро­тивлением от 0,0004 до 45 Ом×м. Легирующие примеси вводят в определенных количествах в рабочий объем расплавленного поли­кристаллического германия перед выращиванием монокристаллов.

Германий легируют нейтральными, донорными, акцепторными и создающими глубокие энергетические уровни примесями.

Нейтральные примеси не меняют тип электропроводности по­лупроводникового материала и количество носителей заряда в нем. К нейтральным примесям германия относят инертные газы, азот и аргон и элементы IV группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева: кремний, свинец, олово.

Основными акцепторными примесями в германии являются эле­менты III группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева: галлий, индий, алюминий.

Донорные уровни в германии создают элементы V группы Пе­риодической системы химических элементов Д.И.Менделеева: мы­шьяк, сурьма, висмут, фосфор, а также элемент I группы - литий.

Глубокие энергетические уровни в запретной зоне германия об­разуют многие элементы I, II, VI, VII и VIII групп Периодичес­кой системы химических элементов Д.И. Менделеева. Однако ра­створимость этих элементов, как правило, значительно меньше ра­створимости акцепторов и доноров.

Германий применяется для изготовления выпрямителей переменного тока различной мощности, транзисторов разных типов. Из него изготовляются преобразователи Холла и другие, применяемые для измерения напряженности магнитного поля, токов и мощности, умножения двух величин в приборах вычислительной техники и т.д. Оптические свойства германия позволяют использовать его для фототранзисторов и фоторезисторов, оптических линз с большой светосилой (для инфракрасных лучей), оптических фильтров.

Рабочий диапазон температур германиевых приборов от -60 до +70 °С, при повышении температуры до верхнего предела прямой ток, например у диодов, увеличивается почти в два раза, а обратный - в три раза. При охлаждении до - (50 - 60)°С прямой ток падает на 70 - 75%. Германиевые приборы должны быть защищены от действия влажности воздуха.

Использование монокристаллических слитков германия в тех­нологии изготовления полупроводниковых приборов и интеграль­ных микросхем связано с большими потерями материала при меха­нической обработке (резке слитков на пластины, шлифовке и поли­ровке пластин). Поэтому широко применяют эпитаксиальные плен­ки германия, которые получают осаждением монокристалического германия в виде монокристаллических пленок на подложки из различных материалов (германий, кремний, кварц, сапфир).

Кремний

Кремний является элементом IV группы Периодической систе­мы химических элементов Д.И.Менделеева. После кислорода это самый распространенный элемент в земной коре. Он составляет при­мерно 1/4 массы земной коры. Однако в свободном состоянии в природе он не встречается. Его соединениями являются такие рас­пространенные природные материалы, как кремнезем и силикаты. Песок и глина, образующие минеральную часть почвы, также пред­ставляют собой соединения кремния.

Из соединении кремний получают несколькими способами. Чаще всего используют метод восстановления четыреххлористого крем­ния SiCl ₄ парами цинка или водорода.

В технологическом отношении кремний более сложный матери­ал, чем германий, так как он имеет высокую температуру плавле­ния 1414°С и в расплавленном состоянии химически активен (всту­пает в реакцию со всеми материалами, из которых изготавливают тигли).

Кристаллический кремний - темно-серое твердое и хрупкое ве­щество с металлическим блеском, химически довольно инертное.

Основной параметр полупроводниковых приборов - ширина запретной зоны при температуре 20°С W =1,12 эВ. Это позволяет создавать кремниевые полупроводниковые приборы с относитель­но высокой рабочей температурой (до 125°С). Верхний темпера­турный предел работы кремниевых приборов достигает 200 °С.

Концентрация собственных носителей зарядов при комнатной температуре n_i = 3×10¹⁶м^-3. Удельное электрическое сопротивление кремния с собственной электропроводностью = 2,3×10³Ом·м, резко уменьшается при увеличении концентрации примесей. При низких температурах (Т <6,7 К) и высоких давлениях (Р >12 ГПа) кремний переходит в сверхпроводящее состояние, т.е. удельное элек­трическое сопротивление кремния уменьшается до нуля.

При использовании монокристаллического кремния в полупро­водниковом производстве имеют место большие потери этого ма­териала. Это связано с тем, что большинство полупроводниковых приборов основано на процессах, происходящих в очень узких гра­ничных или поверхностных слоях полупроводника. Остальной объем монокристалла является паразитной частью и чаще всего ухудшает параметры прибора. Большая часть материала теряется при механической обработке слитков (резке на пластины, шлифов­ке, полировке и т.д.).

С целью уменьшения этих потерь в полупроводниковом произ­водстве применяют кремний в виде монокристаллических тонких слоев, которые осаждают на объемные монокристаллы, которые на­зывают подложками.

Такие монокристаллические слои, сохраняющие кристаллогра­фическую ориентацию подложки, называют эпитаксиалъными. В ка­честве подложек используют монокристаллы кремния, сапфира, ко­рунд и др.

В зависимости от характера влияния на тип электропроводности примеси делят на нейтральные, донорные, акцепторные и создающие в запретной зоне кремния глубокие энергетические уровни.

К нейтральным примесям кремния относят водород, азот, инерт­ные газы, а также элементы IV группы Периодической системы хи­мических элементов Д.И.Менделеева (германий, олово, свинец).

Основными донорными примесями являются элементы V группы Периодической системы химических элементов Д.И.Мен­делеева (фосфор, мышьяк, сурьма, висмут).

В качестве акцепторной примеси для кремния в основном используют элементы III группы Периодической системы химичес­ких элементов Д.И.Менделеева (бор, алюминий).

Элементы I,II,VI,VII гpyпп создают в запретной зоне кремния глубокие энергетические уровни и могут быть донорами и акцепторами. В качестве таких примесей чаще всего применяют золото и цинк. При легировании золотом в крем­нии образуются дополнительные центры рекомбинации носителей заряда, что уменьшает время жизни неравновесных носителей за­ряда.

Легирование кремния производят в процессе получения объем­ных монокристаллов и эпитаксиальных пленок.

 

КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД

 

Область на границе двух полупроводников с различными типами электро­проводности называется электронно-дырочной или р-n-переходом.

Электронно-дырочный переход является рабочим элементом большинства полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, тиристоров и т.д.) и интегральных микросхем.

 

Электронно-дырочный переход

Электронно-дырочный переход

Выпрямляющий переход

Рассмотрим контакт полупроводника n-типа с металлом, когда А _м> А _n, (рис. 9, а). Электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл, и в приграничном слое полупроводника образуется область, обеднен­ная основными носителями и имеющая большое сопротивление. Кроме того, переход электронов приводит к появлению контактной разности потенциалов.

Если к переходу подключить внешнее напряжение, причем "минус" к по­лупроводнику, а "плюс" к металлу, то внешнее электрическое поле компенси­рует внутреннее. Потенциальный барьер уменьшается, а ток основных носите­лей (электронов) из n -области увеличивается - переход открыт. При смене по­лярности ("минус" к металлу, "плюс" к полупроводнику) внешнее электрическое поле суммируется с внутренним, потенциальный барьер увеличивается, и переход не пропускает ток - закрыт.

Таким образом, переход между металлом и полупроводником обладает вентильными свойствами. Его называют барьером Шоттки.

Аналогичные процессы имеют место при контакте металла с полупровод­ником p -типа, когда А _м< А _р. Значительно большее количество электронов бу­дет переходить из металла в полупроводник. Их рекомбинация с дырками в по­лупроводнике приведет к уменьшению концентрации носителей в пригранич­ном слое - создается обедненный слой и контактная разность потенциалов (рис. 9, б).

Рис. 9. Выпрямляющий переход

 

Подключение внешнего напряжения плюсом к полупроводнику, а мину­сом к металлу снижает потенциальный барьер. Через переход течет ток, обу­словленный переходом электронов из металла в полупроводник - переход от­крыт.

Обратное включение увеличивает потенциальный барьер. Через переход будут течь лишь неосновные носители полупроводника p -типа - электроны. Так как их концентрация мала, то ток через переход практически не течет - пе­реход закрыт.

Выпрямляющий переход металл-полупроводник тоже используется для создания приборов с односторонней проводимостью, как и n-p -переход.

 

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с одним p-n -переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода.

Полупроводниковые диоды классифицируются:

- по материалу (Ge, Si, GaAs и т.д.);

- по технологии (точечные, сплавные, диффузионные);

- по конструкции (точечные, плоскостные, планарные);

- по функциональному назначению (выпрямительные, универсальные, стабилитроны, туннельные и т.д.).

Выпрямительный диод

Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока. В них используется основное свойство p-n-перехода: пропускать с малым сопротивлением ток в одном направлении и практически не пропускать в дру­гом.

На рис. 10 изображена вольт-амперная характеристика (ВАХ) кремниевого диода, которую можно представить в виде двух частей:

- прямая - при прямом включении p-n-перехода;

- обратная — при обратном включении p-n-перехода.

В схеме обозначения диода анод (А) соответствует электроду, присоеди­ненному к р -области, а катод (К)-к n -области.

Рис. 10. Вольт-амперная характеристика диода

 

Прямая ветвь обусловлена диффузионным током основных носителей. На начальной стадии (U <1B) ток нарастает медленно, что обусловлено наличием потенциального барьера (контактной разности потенциалов), препятствующего движению основных носителей. На этом участке вольт-амперная характеристи­ка нелинейная. По мере преодоления внешним полем внутреннего (U > ≈1В) потенциальный барьер исчезает и остается лишь сопротивление р- и n-областей, которое можно приближенно считать постоянным. Поэтому далее характеристика становится практически линейной при резком нараста­нии тока.

Обратный ток при увеличении обратного напряжения сначала быстро на­растает. Это вызвано тем, что уже при небольшом увеличении обратного на­пряжения повышается потенциальный барьер и резко уменьшается диффузи­онный ток. Следовательно, полный ток I _пepex.oбр =I _др -I _диф, резко увеличивает­ся.

Дальнейшее увеличение обратного напряжения не приводит к росту тока, т.к. его величина определяется числом неосновных носителей, концентрация которых низка. При некотором значении обратного напряжения (U _обр.max, рис. 10) ток начинает резко возрастать. Это возникает при напряженности поля около 10⁷В/м. Неосновные носители при таком поле разгоняются на длине свобод­ного пробега до энергии, достаточной для ионизации атомов. Концентрация носителей лавинно нарастает в толщине перехода.

Процесс лавинного размножения носителей за счет ударной ионизации атомов называется лавинным пробоем (электрическим). К этому следует добавить, что концентрация носителей до­полнительно увеличивается за счет вырывания электронов из атомов сильным электриче­ским полем.

Лавинный пробой обра­тим, т.е. при снятии напряже­ния свойства p-n -перехода восстанавливаются.

При дальнейшем увели­чении напряжения наступает тепловой пробой. Плотность обратного тока в этом режиме достигает такой величины, что переход начинает разо­греваться. Это приводит к появлению дополнительных электронно-дырочных пар в переходе, что в свою очередь еще больше увеличивает плотность тока.

Процесс разрушения p-n -перехода вследствие его перегрева обратным током называется тепловым пробоем.

Основные параметры выпрямительных диодов:

- I_пр.ср – средний прямой ток;

- U_{обр.мах} – максимально допустимое обратное напряжение;

- I_обр – величина обратного тока при заданном обратном наряжении;

- U_пр – величина прямого напряжения при заданном прямом токе I_пр;

 

Биполярный транзистор

Транзистор представляет собой двухпереходный прибор. Переходы образуются на границах тех трех слоев, из которых состоит транзистор. В зависимости от типа проводимости крайних слоев различают транзисторы
p-n-p и n-p-n со взаимно противоположными рабочими полярностями. Контакты с внешними электродами — омические (рис. 11).

Рис. 11. Структуры и условные обозначения

p-n-p (a, б) и n-p-n (в, г) биполярных транзисторов

 

Переход, работающий в прямом направлении, называется эмиттерным, а соответствующий крайний слой — эмиттером. Средний слой называется базой. Второй переход, нормально смещенный в обратном направлении, называется коллекторным, а соответствующий крайний слой — коллектором.

Как элемент электрической цепи, транзистор обычно используют таким образом, что один из его электродов является входным, а другой — выходным. Третий электрод является общим относительно входа и выхода. В цепь входного электрода включают источник входного пере­менного сигнала, а в цепь выходного — сопротивление нагрузки. В зависимости от того, какой электрод являет­ся общим, различают три схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) (рис. 12).

Рис. 1 2. Схемы включения биполярного транзистора:

а - с общей базой, б - общим эмиттером, в - общим коллектором

 

Основные процессы, протекающие в биполярном транзисторе, рассмотрим на примере транзистора, типа р-п-р, включенного по схеме с общей базой (рис. 13).

Рис. 13.Транзистор типа р-п-р, включенный по схеме с ОБ

 

При отсутствии внешних напряжений (U _эб= U _кб=0) поля р-n -переходов создаются лишь объемными зарядами ионов и установившиеся потен­циальные барьеры обоих пере­ходов поддерживают динами­ческое равновесие, а токи через переходы равны нулю. При на­личии источников смещения E _э, и Е _куказанной полярности (нормальное включение) соз­даются условия для инжекти­рования дырок из эмиттера в базу и перемещения электронов из базы в эмиттер. Поскольку концентрация электронов в базе во много раз меньше концентрации дырок в слое эмиттера, то встречный поток электронов значительно меньше. Поэтому при встречном перемещении дырок и электронов произойдет их частичная рекомбинация, а избыток дырок внедряется в слой базы, образуя ток эмиттера I _э.

В результате инжекции дырок в базу, где они являют­ся неосновными носителями, в последней возникает градиент (перепад) концентрации дырок, что приводит к их диффузионному перемещению во всех направле­ниях, в том числе и к коллекторному р-n -переходу. Дрейф (перемещение носителей под воздействием электри­ческого поля) неосновных носителей к коллектору играет второстепенную роль. При перемещении через базу концентрация неосновных носителей заряда уменьшается за счет рекомбинации с электронами, поступающими в ба­зовую цепь от источника E _э. Поток этих электронов образу­ет базовый ток I _б. Так как толщина базы w _б современных транзисторов составляет единицы микрон, то большая часть дырок достигает коллекторного р-n-перехода и захватывается его полем, рекомбинируя с электронами, поступающими от источника питания Е_к. При этом в кол­лекторной цепи проходит ток I _к, замыкая общую цепь тока. Таким образом, для токов транзистора справедли­во соотношение I _э = I _б + I _к.

 

При любом варианте включения транзистора имеется две входные величины (ток и напряжение) и две выходные. Взаимозависимость этих четырех величин можно выразить двадцатью четырьмя семействами характеристик, но наиболее широкое распространение получила система:

Первое уравнение — это семейство входных характеристик, второе — выходных. На рис. 14 представлены идеальные семейства входных и выходных характеристик транзистора. На входных характеристиках (рис. 14, а) кривая при U _кб=0 является обычной прямой ветвью диодной ВАХ. При значениях U _бк>0 кривые сдвигаются влево и вверх в связи с нарастанием собираемого компонента эмиттерного тока.

Рис. 14. Идеальные статические характеристики транзистора:
а — входные; б — выходные

Выходные характеристики — это обратные ветви ВАХ диода, ток насыщения которого зависит от тока базы. Входной ток I _б в принципе может иметь не только положительную, но и небольшую отрицательную величину. Зависимость выходного тока коллектора от I _б обычно описывается следующим образом:

Коэффициент при токе I _б называется коэффициентом передачи базового тока. Довольно часто его называют также просто коэффициентом усиления транзистора. Обычно β>>1. Ток — нулевой ток коллектора в схеме, т. е. ток при оборванной базе. Следует отметить, что режим работы транзистора с оборванной базой очень опасен из-за возможности пробоя, поэтому непосредственно ток не измеряют. Минимально возможный ток коллектора будет получаться при отрицательном токе базы.

 

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

1. Определение вольт-амперных характеристик диодных структур транзисторов и характерных электрических параметров их. Исследование изменения электрических свойств диодов в зависимости от температуры.

2. Определение входных и выходных вольт-амперных характеристик транзисторных структур и исследование изменения электрических свойств транзисторов в зависимости от температуры.

 

Основное меню

Главное окно программы содержит меню, которое включает следующие пункты: Измерение, Настройки, Окно, Помощь. Некоторые из них содержат подменю. Описание команд меню приведено в таблице 1.

 

Таблица 1

Пункт меню	Подменю	Действие
Измерение	База данных	Открывает окно базы данных
	Осциллограф	Открывает окно осциллографа
	Подключиться	Команда подключения клиента к серверу
	Отключиться	Команда отключения клиента от сервера
	Разговор с оператором	Открывает окно диалога между кли­ентом и сервером
	Выход	Выход из программы
Настройки	Параметры	Выводит на экран окно параметров установки и сведений об исследуе­мых образцах
	Термостат	Открывает окно настройки термо­стата
Окно	Каскадом Упорядочить все Закрыть все База данных	Команды управления расположени­ем на экране открытых окон прило­жения
Помощь	О программе	Приводит к появлению на экране окна с информацией о разработчике программы
	Содержание	Открывает электронную справоч­ную систему программы

Панель инструментов

Ниже строки меню находится панель инструментов, где располагаются кнопки, описанные в таблице 2.

 

Таблица 2
Кнопка	Наименование	Действие
	Осциллограф	Открывает окно осциллографа
	База данных	Открывает окно базы данных
	Параметры	Выводит на экран окно параметров установ­ки и сведений об исследуемых образцах
	Содержание	Открывает электронную справочную систе­му программы
	Подключение	Команда подключения клиента к серверу
	Отключение	Команда отключения клиента от сервера
	Разговор с оператором	Открывает окно диалога между клиентом и сервером
	Выход	Выход из программы

Окно базы данных

Окно «База данных» (рис. 16) содержит таблицу записей результатов измерений различных характеристик в базе. Таблица записей включает дату измерений, номер образ­ца и измерения, для которого получена характеристика.

Рис. 16. Окно «База данных»

 

В окне базы данных содержатся следующие кнопки:

	Просмотр;
	Удаление текущей записи.

При нажатии «Просмотр» открывается окно просмотр текущего измерения содер­жащее панель инструментов для редактирования графических характеристик.

 

Таблица 3

Кнопка	Наименование	Действие
	Выбор
	Вращение	Вращение графической зависимости
	Перемещение	Перемещение графической зависимости
	Масштаб	Увеличение масштаба
	Глубина	Отображение осей координат в глубину
	Редактировать	Редактирование графика
	Печать	Вывод графика на принтер
	Копировать	Копирование графика в буфер обмена
	Объем	Трехмерное отображение графиков
	Масштаб	Автомасштаб
Уменьшение масштаба
	Сглаживание	Сглаживание графической зависимости

При нажатии кнопки открывается окно редактирования отображения графика (рис. 17).

Рис. 17. Окно «Редактирования графика»

 

Для редактирования параметров графика, таких как цвет линии, тип линии, толщи­на линии необходимо открыть вкладку «Series» в окне «Editing Chart» на экране монитора появится окно «Series». В этом окне из выпадающего списка меню выбрать серию экспе­риментов, которую необходимо отредактировать.

Рис. 18. Окно настройки параметров графика

Далее нажать кнопку «Border» откроется окно редактирования линии, где можно задать её параметры.

Рис. 19. Окно редактирования линии

 

Окно измерений

При нажатии кнопки открывается окно осциллографа (рис. 20).

Для запуска измерения необходимо нажать кнопку «Обновлять», а при снятии тем­пературных измерений нажать кнопку «Термостат». При нажатии вкладки «Настройки» в окне «Осциллограф» открывается окно настроек текущего измерения, где отображается текущий режим измерения и устанавливается время обновления измерения (рис.21). Если частота процессора невелика, можно увеличить время обновления (например, 3 с). В этом случае ПЭВМ будет успевать обрабатывать измерительную информацию и характе­ристики на экране не будут искажены.

Рис. 20. Окно «Осциллограф»

Рис. 21.Окно «Настройки»

 

Меню настройки

Меню настройки содержит две вкладки:

- Параметры;

- Термостат.

Нажав вкладку «Параметры» открывается окно (рис. 22) содержащее вкладки:

- установки - содержит сведения об IP - адресе сервера и порта;

- образцы - содержит сведения об образцах установленных в термокамере изме­рительного блока.

Нажав вкладку «Термостат» в меню «Настройки» открывается окно настроек па­раметров термостат (рис. 23):

- установка начальной температуры измерений;

- установка конечной температуры измерений;

- установка шага измерения температуры.

Рис. 22. Окно «Параметры»

Рис.23. Окно «Термостат»

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Включить ПК, подать напряжение на измерительный блок с помощью тумблера (загорится сигнальная лампа «Сеть»). Прибор должен быть включен до запуска программы. Запустить программу «Биполярные структуры».

2. Замерить начальную температуру транзисторных структур.

3. Снять ВАХ и записать таблицу значений тока и напряжения указанных преподавателем диодных структур транзисторов.

При этом необходимо задать максимальные значения обратного и прямого напряжений для управляемого источника напряжения (УИН) и предельные значения измеряемого обратного и прямого токов.

Максимальный предел изменения прямого тока – 50 мА, которое достигается при прямом смещении кремниевых структур на 0,7 – 1 В и 0,4 – 0,7 В для германиевых.

Обратный ток для кремниевых переходов составляет десятые – сотые доли микроампер, а у германиевых - единицы - сотни микроампер. На ВАХ диодов должно наблюдаться явление электрического пробоя.

4. Снять входные ВАХ и записать таблицу значений тока и напряжения исследуемого транзистора при двух различных значениях напряжения коллектор - эмиттер U _КЭ. Значение напряжения коллектор - эмиттер записать.

В данной лабораторной работе реализована возможность регистрации входных характеристик биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером. При этом снимается зависимость напряжения база – эмиттер U _БЭ от тока базы I_Б при постоянном напряжении коллектор-эмиттер U _КЭ.

С помощью управляемого источника тока (УИТ) изменяется ток базы транзистора всегда в диапазоне от нуля до 1 мА, а U _БЭ измеряется электронным вольтметром. Можно снять семейство входных характеристик при различных значениях напряжения U _КЭ (от нуля до 5В), задаваемых при помощи УИН.

6. Снять выходные ВАХ и записать таблицу значений тока и напряжения исследуемого транзистора при двух различных значениях тока базы I _Б. Значение тока базы записать.

В данной лабораторной работе реализована возможность регистрации выходных характеристик биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером. При этом снимается зависимость тока коллектора I _К от напряжения коллектор – эмиттер U_{К Э} при постоянном токе базы I _Б.

С помощью УИН изменяется U _КЭ транзистора в диапазоне от нуля до заданного предельного значения, при этом измеряется I _К. Можно снять семейство выходных характеристик при различных значениях I _Б (от нуля до 1 мА), задаваемых УИТ. Выбор необходимых значений I _Б осуществляется путем перемещения движка регулятора тока базы. Правильно выбирайте предел измерения по току коллектора. При смене значения I _Б, как правило, необходимо нажать кнопку “Авто”.

7. Повторить работу по пунктам 3-6 при заданных преподавателем температурах.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

 

Отчет формируется в любом текстовом редакторе.

Часть I «Исследование диодных структур» содержит:

- схемы диодных включений транзисторов с указанием их типов;

- графики ВАХ полупроводниковых диодов при различных температурах;

-сравнительные таблицы электрических параметров полупроводниковых диодов при различных температурах (см. таблицы 4 и 5), используя полученные в ходе лабораторной таблицы значений токов и напряжений. Для сравнения выберите 10 – 15 значений во всем измеряемом диапазоне.

 

Таблица 4. Сравнительная таблица значений тока и напряжения полупроводниковых диодов в прямом включении электрического поля при различных температурах

Прямая ветвь ВАХ
Iпр, мА	Uпр, В
T1=, °С	T2=, °С
Кремневый диод (указать тип)	Германиевый диод (указать тип)	Кремневый диод (указать тип)	Германиевый диод (указать тип)

 

Таблица 5. Сравнительная таблица значений тока и напряжения полупроводниковых диодов в обратном включении электрического поля при различных температурах

Обратная ветвь ВАХ
Uобр, В	Iобр, мкА
T