Дослідження особливостей залежності заряду перемикання від прямого струму для епітаксіальних (стр. 5 из 10)

Епітаксіальний метод виготовлення напівпровідникових приладів відрізняється від дифузійного тим, що в ньому не відбувається змін фізичних властивостей основного матеріалу підкладки. Використовуючи епітаксіальну технологію, можна отримувати на одній підкладці декілька поверхневих шарів, товщина та опір яких легко регулюється.

Для отримання низького опору бази діода первинний кристал напівпровідника обирають з меншим питомим опором. Однак при цьому

виходить мала ширина p-n переходу, мала пробивна напруга і велика бар’єрна ємність. Щоб уникнути цього, базу діода іноді роблять двошаровою(рис3.4).

Рисунок 3.4 – Епітаксіально - дифузійний планарний діод

Епітаксіальні шари можна отримувати методом вирощування з газової фази або напиленням у вакуумі. При осадженні речовини з газової фази початковим матеріалом служат тетрахлорід (

) і тетрабромід ( ) кремнія, трихлорсілан ( ) та інші з'єднання, які відновлюються воднем, який одночасно виконує роль газа-носія.

Основна реакція, за допомогою якої на підкладці нарощують кремнієві шари, складається з відновлення тетрахлорсілана в водні:

(твердий) + 4HCl (газ).

Звичайно кремнієві шари вирощують зі швидкістю

при температурі 1200ºС й вище.

Напилення шарів у вакуумі полягає у принципі локального нагріву та випаровуванні напівпровідника і легуючої речовини з подальшим осадженням їх парів на нагріті підкладки.

Також широко використовується рідинна епітаксія.

Епітаксіальні p-i-n структури можуть виготовлятися двома способами. Структури з товщиною бази 100 мікрометрів і вище виготовляються шляхом епітаксіального нарощування p+ шару на одну сторону і n+ шару на другу сторону високоомної підкладки, яка надалі виконує роль бази. Структури з тонкими базами виготовляють шляхом нарощування на товстій n+ або p+ підкладці тонкого високоомного базового шару, а потім p+ або n+ шари. У будь-якому випадку характерним для епітаксіального процесу є те, що профіль легування нарощуваних шарів однорідний, перехід від шару до шару різкий, не симетричний , гальмуюче поле в базі, яке присутнє в дифузійних структурах, відсутнє. Тому в режимі перемикання епітаксіальні структури поводяться як площинні сплавні діоди, тобто для них справедливі вирази (3.2),(3.7),(3.9).

4. Експерименти по визначенню заряду перемикання досліджуваних діодів

4.1 Експериментальна установка

Для виконання експериментальних робіт використовується установка, схема якої зазначена на рис 4.1

Рисунок 4.1 - Лабораторна установка для виміру заряду перемикання Qп і спостереження осцилограм напруги і струму при перемикання діода з прямого струму на зворотну напругу

Оскільки основним завданням роботи є вимірювання заряду перемикання, то всі вимірювання приводились при замкнутому ключі

, та ключі переведеному в положення А. В якості діодів і використовуються діоди КД510. Розраховані на максимально постійному прямому струмі 200 мА та на прямому імпульсному струмі 1,5 А.

Вимірювання заряду перемикання, як відомо, передбачає виведення накопиченого в досліджуваному діоді заряду в зовнішнє коло необмежено великим струмом при опорі зовнішнього кола близько "0". Наявність конденсатора

у вимірювальній схемі дійсно зводить опір зовнішнього кола в момент виведення накопиченого заряду практично до "0". Але за законом Ома струм у колі навіть при нульовому опорі зовнішнього кола не є нескінченим, а визначається внутрішнім опором джерела ЕРС, в нашому випадку це емітерний підсилювач – блок , з вихідним опором 50 Ом. Тому при максимальній вихідній напрузі 50 В, максимальний струм у колі не буде перевищувати 1 А, що узгоджується з параметрами досліджу вального діода.

4.2 Методика експерименту

Переводимо лабораторну установку в режим виміру заряду перемикання: ключ К1 в положення «ВКЛ», ключ К2 у положення «А».

Встановлюємо досліджуваний діод або p-i-n структуру.

Вибираємо таку частоту імпульсів зворотної напруги, щоб середній зворотній струм можна було виміряти з достатньою точністю.

Для інтервалу прямих струмів від 10 до 120 мА з кроком 10 мА вимірюємо зворотній середній струм та обчислюємо значення

за формулою:

.

Будуємо на комп’ютері за допомогою програми Advanced Grapher графік залежності заряду перемикання від прямого струму

.

Виконуємо апроксимацію залежності

.

Якщо лінія апроксимації (при

) перетинає вісь не в нульовій точці, а при якомусь значенні , вносимо поправку на ці величини в таблиці значень.

За отриманими поправленими значеннями обраховуємо величину ефективного часу життя

,

будуємо графіки залежності

та відносної зміни часу життя

,

де

- час життя при початковому струмі діапазону вимірювань.

5. Отримані результати та їх аналіз

Експериментальні дані були отримані для вітчизняних діодів марки КД202, Д226Б, Д242Б та для p-i-n структур, отримані для заряду перемикання та часу життя (рис. 5.1).

Таблиця 5.1-Експериментальні данні

Прямий струм, мА	Середній зворотний струм,мкА, заряд перемикання, нКл та час життя, мкс
	КД242 (f=160Гц)		КД202 (f=160Гц)		Д226 (f=5000Гц)
		τ		τ		τ
10	219	21,9	150	15	10	1
20	435	21,75	297	14,85	19	0,95
30	640	21,33	438	14,6	28	0,93
40	843	21,07	570	14,25	36	0,9
50	1033	20,66	696	13,92	44	0,88
60	1222	20,36	819	13,65	51	0,85
70	1399	19,98	933	13,33	58	0,83
80	1574	19,68	1043	13,04	64	0,8
90	1734	19,26	1143	12,73	69	0,77
100	1893	18,93	1242	12,42	74	0,74
110	2047	18,6	1334	12,13	78	0,7
120	2189	18,24	1419	11,83	81	0,68