Исследование вольтамперных характеристик полупроводниковых приборов и слоистых структур

и ТУННЕЛИСТОРа (в), снятые при следующих режимах  измерений:

-БИСПИНа: Uвс=2 В/см; Iвс=0,5 мА/см; Rн=100 Ом,

Iас=0,5 мА/ступ.

Верхняя ВАХ  соответствует Iас=5 мА.

-ТУННЕЛЛИСТОРа: Uвс=0,2 В/см, Iвс=50 мкА/см, Rн=500 Ом,

Iас=50 мкА/ступ.

Верхняя ВАХ  соответствует Iса=500 мкА.

ВАХ представляют собой сдвинутые вдоль оси  токов обратные

ветви характеристик p-n-перехода, сопротивление которого модули-

руется отпирающим (прямым относительно p-области ) током, проте-

кающим через  В- и А-области . Относительно А-области  параметри-

ческий ток  является обратным и, следовательно, вызывает в А-об-

ласти неустойчивость тока. При увеличении Rн и снижении токов че-

рез БИСПИН можно  получить неустойчивость на всем семействе  харак-

теристик. Управление неустойчивостью тока у ТУННЕЛИСТОРа, работа-

ющего в микрорежиме, осуществляется величинами Rн и параметричес-

кого тока. Начала ВАХ ТУННЕЛИСТОРа сдвинуты в отрицательную  сто-

рону оси напряжений. На ВАХ обоих приборов неустойчивость тока

наблюдается на участках характеристик N-типа.

Изменив направление  параметрического тока, подаваемого  на

электрод А, получим  блок-схему измерений (рис.31,а,), позволяю-

щую снять ВАХ  БИСПИНа (б) и ТУННЕЛИСТОРа (в) зависимости

-Iвс=F(Uвс) при  Iас=CONST, что соответствует режимам иэмерений:

-БИСПИНа: Uвс=0,2 В/см; Iвс=20 мкА/см; Rн=500 Ом,

Iас=2 мА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТОРа: Uвс= 2 В/см, Iвс=50 мкА/см, Rн=500 Ом,

Iса=5 мА/ступ.

В рассматриваемом  случае параметрический ток является прямым

для А-области  и обратным (запирающим) для p-n-перехода , поэтому

влияние его  на общую характеристику p-n-перехода будет зависеть

от соотношения, создаваемого им на p-n-переходе падения  напряже-

ния и прикладываемого  напряжения развертки. Очевидно, что  это бу-

дут ветви пробоя p-n-перехода, сдвигающиеся вправо, в область по-

ложительных напряжений. У БИСПИНа пробой p-n-перехода наступает

при напряжении 35-40 В, которое практически не зависит  от пара-

метрического  тока (изменяется только величина обратного  тока че-

рез p-n-переход). У ТУННЕЛИСТОРа пробой p-n-перехода наступает с

напряжения около 2 В и величина напряжения пробоя возрастает по

мере увеличения параметрического тока. Наклон ВАХ  существенно за-

висит от величины сопротивления нагрузки.

ВАХ БИСПИНа  в микрорежиме (рис.32,б) и совместные ВАХ БИС-

ПИНа (правая) и  ТУННЕЛИСТОРа (рис.32,в) зависимости Iвс=F(-Uвс)

при Iас=CONST. получены по блок-схеме измерений, изображенной на

рис.32,а и следующих  режимах измерений:

-БИСПИНа: Uвс= -0,1 В/см; Iвс=50 мкА/см;

Rн=1 кОм, Iас=10 мкА/ступ.

-БИСПИНа и  ТУННЕЛЛИСТОРа: Uвс= -0,1 В/см, Iвс=50 мкА/см, Rн=1 кОм

Очевидно, что  ВАХ представляет собой прямые ветви p-n-пере-

хода между  В- и С-областями, промодулированные  обратным током

А-области, на которой  в этом случае должна возникать неустойчи-

вость тока. Это  и наблюдается на ВАХ БИСПИНа  при величинах пара-

метрического  тока 50-100 мкА. Дальнейшее увеличение параметричес-

кого тока через  БИСПИН приводит к ВАХ, изображенным на рис.16,б

На ТУННЕЛИСТОРе неустойчивость тока при такой схеме  включения и

имеющихся режимах  работы характериоскопа получить не удалось. Оба

исследуемых прибора  при такой схеме подключения  работают в микро-

режиме.

Рассмотрим результаты измерений по блок-схеме, изображенной

на рис.33,а, позволяющей  получить ВАХ БИСПИНа (б) и ТУННЕЛИСТО-

Ра (в) в соответствии с зависимостью Iвс=F(-Uвс) при Iас=CONST и

режимах работы:

-БИСПИНа: Uвс= -0,1 В/см; Iвс=0,2 мА/см; Rн=1 кОм,

Iас=20 мА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТОРа: Uвс=0,1 В/см, Iвс=0,2 мА/см, Rн=1 кОм,

Iса=0,2 мА/ступ.

ВАХ p-n-переходов  под воздействием запирающего параметричес-

кого тока, смещаются  вдоль оси токов. ВАХ БИСПИНа  смещается в

сторону положительных  напряжений. Неустойчивость тока не возника-

ет.

Оставив включенными  исследуемые приборы по схеме  с общим

электродом С (p-областью), подсоединим теперь электрод В (n-об-

ласть) к генератору параметрического тока, а электрод А к источ-

нику напряжения функциональной развертки и снимем ВАХ по

блок-схеме рис.34,а. Получим для БИСПИНа (б) и ТУННЕЛИСТОРа (в)

характеристики  зависимости Iас=F(Uас) при Iвс=CONST, которые со-

ответствуют режимам  измерений:

-БИСПИНа: Uас=2 В/см; Iас=0,5 мА/см; Rн=2 кОм,

Iвс=5 мкА/ступ.

Верхняя характеристика соответствует Iвс=35 мкА.

-ТУННЕЛЛИСТОРа: Uас=0,5 В/см, Iас=0,1 мА/см, Rн=2 кОм,

Iса=0,1 мА/ступ.

Верхняя характеристика соответствует Iвс=0.7 мА.

ВАХ приборов снятые по данной блок-схеме, будут являться ре-

зультатом взаимодействия прямого для А-области и обратного  для

p-n-перехода тока Iас с параметрическим током  Iвс, проходящим че-

рез p-n-переход  в прямом направлении. Очевидно, что для ТУННЕЛИС-

ТОРа работающего  в микрорежиме и имеющего малое  прямое сопротив-

ление А-области  в прямом направлении, вид семейства  вольт-ампер-

ных характеристик  будет определяться величиной сопротивления

p-n-перехода. У  БИСПИНа, при запертом p-n-переходе, ВАХ принимают

вид наклонных  кривых и повторяют обратную ветвь  диода. При увели-

чении тока Iвс, то есть при открывании p-n-перехода, наклонные

линии семейства  ВАХ переходят в практически  вертикальную характе-

ристику, которая  теперь обусловлена прямой ветвью А-области

(рис.34,б,). Неустойчивости  тока не возникает.

Изменив полярность генератора тока, как указано на блок-схе-

ме рис.35,а, Получим  ВАХ БИСПИНа (б) и ТУННЕЛИСТОРа (в), соот-

ветствующие зависимости Iас=F(Uас) при -Iвс=CONST и следующих ре-

жимах измерений:

-БИСПИНа: Uас=2 В/см; Iас=0,5 мА/см; Rн=1 кОм,

Iвс=20 мкА/ступ.

Левая характеристика соответствует Iвс=100 мкА.

-ТУННЕЛЛИСТОРа: Uас= 1 В/см, Iас=0,5 мА/см, Rн=1 кОм,

Iвс=5 мА/ступ.

В отличие от предыдущего случая форма ВАХ зависит от влияния

на p-n-переход  источника параметрического тока, подключенного  к

переходу обратной полярностью. По мере запирания p-n перехода ха-

рактеристика  А-области БИСПИНа будет сдвигаться вдоль оси напря-

жений влево, а  обратная ветвь ВАХ p-n-перехода ТУННЕЛИСТОРа -

вправо.

Рассмотрим снятые по блок-схеме на рис.36,а, ВАХ БИСПИНа

(б) и ТУННЕЛИСТОРа (в), представляющие зависимость  -Iас=F(-Uас)

при Iвс=CONST и  следующих режимах измерений:

-БИСПИНа: Uас= -0,2 В/см; Iас=20 мкА/см; Rн=5 кОм,

Iвс=5 мкА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТОРа: Uас= -0,5 В/см, Iас=0,1 мА/см, Rн=5 кОм,

Iвс=1 мА/ступ.

Генератор параметрического тока в этом случае подключен к

p-n-переходу в  прямом направлении, а источник  напряжения разверт-

ки - в прямом, по отношению к p-n-переходу и в  обратном, по отно-

шению к А-области, что должно привести к возникновению  неустойчи-

вости тока. Неустойчивость тока действительно наблюдается  на ВАХ

ТУННЕЛИСТОРа. На БИСПИНе, работающем в микрорежиме, при такой

схеме включения  и имеющихся режимах работы характериоскопа неус-

тойчивости тока получить не удалось. На ВАХ обоих  исследуемых

приборов отчетливо  наблюдаются S-участки.

Изменив полярность генератора тока, получим зависимость

-Iас=F(-Uас) при  -Iвс=CONST и проанализируем снятые  по блок-схеме

рис.37,а, ВАХ БИСПИНа (б) и ТУННЕЛИСТОРа (в), измеренные при

следующих режимах:

-БИСПИНа: Uас=-5 В/см; Iас=1 мА/см; Rн=5 кОм,

Iвс=5 мА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТОРа: Uас= -2 В/см, Iас=0,5 мА/см, Rн=2 кОм,

Iвс=0,5 мА/ступ.

На ВАХ обоих  приборов наблюдается неустойчивость тока. Ин-

тенсивность колебаний  в широком пределе управляется  величиной то-

ка параметрического генератора, включенного в n-область (электрод

В) и ЭДС источника  напряжения. На ВАХ имеются S-участки. Таким

образом, при  включении исследуемых приборов по схеме с общей

p-областью (электрод  С) неустойчивость тока возникает  в тех слу-

чаях, когда активная А-область подключается к "минусу" источника

тока или напряжения независимо от того, к какому полюсу соответс-

твенно источника  напряжения или тока будет подключена n-область

(электрод В).

Д О К Л  А Д

Как известно полупроводниковые  приборы имеют очень широкое

распространение. Важное значение для применения и  разработки но-

вых приборов имеет  исследование их характеристик и  параметров.

Если бы о  параметрах и характеристиках полупроводниковых приборов

знало больше специалистов и новые приборы изучались  на студенчес-

кой скамье, то рациональное использование приборов было бы более

успешным. Зная специфику работы полупроводников, их параметры и

характеристики, можно проанализировать дальнейшую судьбу изобре-

тения, возможности  и недостатки, возможную прибыль  от применения

и производства нового прибора. Однако для исследования параметов

и характеристик  полупроводников промышленностью  выпускается не

значительное  количество очень дорогих измерительных приборов.

Цель дипломной  работы - на основе модернизированного зару-

бежного характериографа TR 4802 поставить лабораторную работу

исследовательского  характера, для практикума по физике полупро-

водниковых приборов по исследованию вольт-амперных характеристик

не только ставших  широко известных полупроводниковых  приборов ди-

одов и транзисторов, но и абсолютно новых приборов разработанных

и исследуемых  на кафедре ТУННЕЛИСТОР и БИСПИН, а также разрабо-