Исследование температурной зависимости параметров диодов. Исследование температурной зависимости параметров диодов
![]()
|
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина Филиал в г. Оренбурге Базовый ВУЗ нефтегазового комплекса России Лабораторная работа по дисциплине «Физические основы микроэлектроники» на тему: «Исследование температурной зависимости параметров диодов» Выполнил студент ОАТз 19-01 Дудин Александр Проверил Завалий Максим Владимирович Оренбург 2022 1. Цель работы: Провести исследование температурной зависимости электросопротивления p –n перехода. 2. Краткие теоретические сведения: Техника полупроводниковых устройств стала самостоятельной областью электроники. Замена электронных ламп полупроводниковыми устройствами удачно осуществлена во многих радиотехнических устройствах, которые эксплуатируются в совершенно разных условия. Поэтому одним из важнейших параметров полупроводникового элемента является его зависимость от температуры. Для проведения исследования я выбрал полупроводниковый диод на основе кремния (Si), потому что данный материал является сейчас наиболее используемым в современной радиоэлектронной аппаратуре. В общем случае зависимость величины тока через p-n-переход от приложенного напряжения при различных температурах отражают вольтамперные характеристики показанные на рисунке1. ![]() Рисунок1.ВАХвзависимости оттемпературы Приведенные кривые соответствуют: 1 — Т1, 2 — Т2, 3 — Т3, причем Т1>T2>T3 для одного типа материала. В обшем случае, для описания тока через p-n-переход используют следующие выражение: ![]() (1) ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() — температурный потенциал при комнатной температуре ![]() ![]() или — постоянная Больцмана; ![]() ![]() ![]() Таблица1. Типовые значения I 0, U*, γ, G для кремния
Исследование я проводил с использованием программы для моделирования электронных схем Electronic Workbench 5.12 (EWB 5.12). Перед определением зависимости термосопротивления от температуры, нужно было посторить ВАХ для диода на основе Si. Для снятия прямой ветви ВАХ в программе EWB 5.12 были построены электронные схемы, представленные на рисунке2. ![]() Рисунок2.Схемы,необходимыедляснятияпрямой ветвиВАХp -n-перехода приразличныхтемпературах А для получения обратной ветви ВАХ были собранны следующие схемы (рисунок 3). ![]() Рисунок3.Схемы,необходимыедляснятияобратнойветвиВАХp -n-перехода приразличныхтемпературах Все полученные данные были занесены в таблицу 2. Таблица2. Протокол измерения тока через p -n-переход кремниевого диода
По полученным данным таблицы 2 с использованием программы MathCAD были построенные графики функции ![]() ![]() Рисунок4.ВАХдля1—253К,2—291К,3—353К ВАХ, показанные на рисунке 4, для температур 253 К и 291 К я построил в одной координатной плоскости, а ВАХ для температуры 353 К в отдельной, потому что ,как видно из таблицы 2, изображение всех трех ВАХ на одной координатной плоскости просто не целесообразно. ![]()
![]() 3. ![]() Поэтому в результате расчета параметров p-n-перехода, выполненного в среде MathCAD и с использованием выражения (1), (2), (3), (4), были получены следующие данные, которые я занёс в таблицу3. Таблица 3 Результаты расчета параметров p -n-перехода
Вывод: Не смотря на расхождения между экспериментальными и расчетными данными, на их основании можно сделать следующий вывод: Изменение температуры оказывает значительное влияние на электросопротивление p-n-перехода. С увеличением температуры полупроводникового элемента уменьшается его сопротивление и увеличивается его проводимость. С ростом температуры в полупроводнике увеличивается число свободных электронов и «дырок». С ростом температуры увеличивается ток, который протекает через p-n-переход. В зависимости от того где и при каких условиях будет эксплуатироваться полупроводниковый элемент на основе кремния, данные свойства могут быть неприемлемыми. |