Исследование вольтамперных характеристик полупроводниковых приборов и слоистых структур

тать методику выполнения лабораторной работы.

Наиболее универсальным среди приборов измеряющих параметры и

харктеристики полупроводников являются характериографы. На кафед-

ре имеются  такие приборы, как отечественного, так и зарубежного

производства. Характериограф TR-4802 из-за физической изношеннос-

ти и конструктивных недостатков долгое время не использовался в

научно-исследовательской  работе. Для постановки лабораторной ра-

боты этот прибор наиболее подходит по своим техническим  парамет-

рам. Был произведен ремонт и модернизация прибора. В  питающих це-

пях прибора применены современные интегральные стабилизаторы нап-

ряжения КР142ЕН12 и LM337T имеющие защиту от короткого  замыкания

и перегрева. Были заменены подстроечные резисторы т.к. они вноси-

ли значительный вклад в неустойчивость работы прибора. Улучшены

тепловые режимы выпрямительных диодов и стабилитронов.

Разработанная методика выполнения лабораторной работы стро-

ится по принципу "от простого к сложному" . Сначала  студенты изу-

чают теорию диодов и транзисторов, теоретические  основы работы

ТУННЕЛИСТОРа  и БИСПИНа, затем учащиеся знакомятся с работой ха-

рактериографа по настоящей инстукции, с техникой бесопасности и

порядком ведения  измерений. Следующим этапом - выполняя последо-

вательно требования лабораторной работы студенты одновременно

учатся практически работать с прибором и снимать вольт-амперные

характеристики  полупроводниковых приборов. Для  осуществления

принципа "от простого к сложному" студент  должен последовательно

получить вольт-амперные характеристики резисторов, диодов, тран-

зисторов, ТУННЕЛИСТОРов или БИСПИНов. С каждым последующим шагом

в изучении учащемуся  дается все больше свободы в выборе режима

исследований. При  исследовании ТУННЕЛИСТОРов и БИСПИНов выполняю-

щий задание  может выбрать любой из 24 режимов  включения приборов

и исследовать  полученные характеристики. В заключении даются

контрольные вопросы  для более глубокого ознакомления с изученным

предметом.

4. ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК  И

ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ  ПРИБОРОВ.

Для исследования вольт-амперных характеристик и параметров

полупроводниковых приборов был использован характериограф

TR-4802. (рис.38). Однако, как выяснилось он легко выходит  из

строя и обладает следующими недостатками: источники  питания при-

бора не имеют  защиты от короткого замыкания, точность прибора за-

висит от степени  нагрева корпуса и колебаний  напряжения в сети,

большое количество контактных соединений вызывают неустойчивость

работы прибора. Поэтому пришлось изменить схему  стабилизаторов

напряжения и  применить в них современные  интегральные стабилиза-

торы напряжения КР142ЕН12 и LM337Т которые имеют защиту от корот-

кого замыкания  и перегрева кристалла. Были заменены физически ус-

таревшие элементы схем - подстроечные резисторы, которые  давали

значительный  вклад в неустойчивость прибора. Зависимость прибора

от колебаний  напряжения в сети устранить не удалось - это конс-

труктивный недостаток характериографа.

На основе отремонтированного и модернизированного прибора

была разработана  лабораторная работа описанная ниже.

я_Лабораторная работа.

"Исследование семейств вольт-амперных характеристик полупро-

водниковых приборов и структур"

Цель работы:

- получить навыки  работы с характериографом TR-4802;

- получить семейства  ВАХ полупроводниковых приборов  и

структур;

- объяснить физические  процессы, которые нашли отражение на

графиках семейств ВАХ.

Приборы и материалы:

Характериограф TR-4802; исследуемые образцы диодов, транзис-

торов, резисторов, туннелисторов и биспинов; справочник по

полупроводниковым приборам; техническое описание и  инструк-

ция по эксплуатации на прибор TR-4802.

I. Теоретическая  часть. (Главы с 1 по 3 настоящей  работы)

II. Практическая  часть.

Внимательно изучите  техническое описание на прибор

TR-4802 (рис.38,39)[10]. Характериограф изобилует переключателями

и кнопками, кроме  того надписи сделаны на английском языке, что

усложняет работу на нем. Ниже дан перевод надписей на русский

язык.

ON - включить.

OFF - выключить.

MAINS - главный  (силовой).

CHARACTERISCOPE - характериоскоп.

AMPLIFIER and TOL.

UNIT. - блок усилителя  и проверки на разброс.

TRANSISTOR and DIODE UNIT - блок проверки транзисторов и  диодов.

SCALE ILLUM. - подсветка  шкалы.

INTENSITY - яркость  луча.

FOCUS - фокус.

VERT.POS. - вертикальное  положение луча.

HOR. POS. - горизонтальное  положение луча.

GAIN ADJUST. - отверстия  для настройки.

POS. TOLERANCE - положительный  разброс.

NEG. TOLERANCE - отрицательный  разброс.

TEST - проверка, измерение.

OVERLOAD - перегрузка.

COLL. VOLTS/HOR.DIV. - коллекторное  напряжение В/гор. ось.

COLL. SWEEP VOLTAGE - размах, растяжение.

CURRENT/VER.DIV. - изменения/вертикальная ось.

DISSIPATION LIMIT. RES - рассеивающий  ограничительный резистор.

MEASURING MODE - установка  режима измерения.

DIODE - диод.

GND BASE - общая  (заземленная) база.

GND EMITTER - общий  (заземленный) эмиттер.

POLARITY - полярность.

PNP - p-n-p структура.

NPN - n-p-n структура.

CAL. - калибровка.

DC. GEN. - генератор  постоянного тока.

COLL. VOLTS. - коллекторное  напряжение.

CURRENT GENERATOR - генератор  изменяющегося (ступенчатого) тока.

INPUT CURRENT - управление  сигналом.

STEP/DC - ступеньки/постоянный ток.

INPUT VOLT/HOR.DIV. - вход  напряжения/горизонтальная ось.

MULTIPLIED BY - переключатель  (для числа ступеней).

TRANSISTOR INPUT - вход  транзистора.

OPEN - открытый.

DRIV. - ведомый.

GND - закрытый (заземленный).

К сожалению прибор очень чувствителен к неправильному обра-

щению с ним. Во избежания выхода из строя характериографа  и испы-

туемой детали, придерживайтесь инструкций по лабораторной работе.

При сомнениях  не надо стесняться своего незнания, позовите на

помощь лаборанта или преподавателя, чтобы он проверил правиль-

ность включения  полупроводникового прибора и установку  ручек уп-

равления.

Правила работы с прибором TR-4802 (рис.38).

Для включения  прибора в сеть существует тумблер "MAINS".

Когда рычажок  этого тумблера переводится в верхнее положение при-

бор включается в сеть и загорается контрольная  лампочка, если она

не загорится - прибор не исправен, позовите лаборанта.

Прибор разделен на две части: осциллографическую и  измери-

тельную. При  включении в сеть прибора начинает работать осциллог-

рафическая часть  и схемы питания. Измерительная  часть, которая

подает напряжения и токи на испытуемые образцы, включается от-

дельными кнопками, что очень удобно для работы. Когда  делаются

существенные  изменения в схеме измерений или меняются испытуемые

образцы, измерительная  часть прибора должна быть выключена. После

установки переключателей в нужное положение и после  того как в

гнезда вставлен защитный колпачек, можно включать измерительную

часть прибора  с помощью кнопки "ON".

Прибор TR-4802 имеет защиту от перегрузок и если вы задали

перегрузочный режим работы, то измерительная часть  прибора просто

не включится. Характериограф также не будет делать измерений если

вы не вставите в гнезда защитный колпачек (смотри рис.39). Колпа-

чек служит для  защиты эксперементатора от поражения  электрическим

током. Весьма вероятно в процессе работы вы забудете, что  измери-

тельная часть  прибора включена и возметесь  руками за испытуемый

образец. Такую  ситуацию и должен предотвратить  защитный колпачек.

Вынимая защитный колпачек вы неизбежно выключаете измерительную

часть прибора, снимая таким образом измерительное  напряжение (а

оно может достигать 500 В !) с испытуемой детали. Не работайте

без защитного  колпачка.

Калибровка.

Вполне возможно, что характериограф не будет откалиброван.

Тогда вам придется научиться калибровать его. Прибор считается

настроен и  откалиброван если в режиме калибровки на зкране осцил-

логрфа появятся две точки в противоположных  углах экрана (рис.39).

Как перевести  прибор в режим калибровки.

1. Включить прибор  в сеть (тумблер "MAINS")

2. Перевести  переключатель S6 (рис.39) в положение  "CAL".

3. Проверить  - вставлен ли защитный колпачек

4. Нажать кнопку "ON"

Если картинка на экране характериографа соответствует,рис.40,при-

бор настроен, если нет то, с помощью отвертки и специальных наст-

роечных ручек, приведите показание характериографа  в соответствии

с рис.40. После  калибровки выключите измерительную  часть прибора

нажав кнопку "OFF".

Снятие ВАХ  резистора.

Снятие вольтамперной  характеристики резистора имеет значение

как первично-ознакомительная  практическая работа.

1. Включите прибор.

2. Проверьте  калибровку (см. раздел "Калибровка")

3. Снимите защитный  колпачек.

4. Поставьте  резистор в правое гнездо по  схеме включения диода. На

панельке указано  в какие ячейки гнезда вставлять  диод.

5. Оденьте защитный  колпачек

6. Установите  ручки прибора согласно таблице  1.