Studijos

Tuneliniai ir atvirkštiniai diodai

admin — Thu, 25 Mar 2010 12:35:08 +0000

1958 m. L. Esakis (Esaki) pastebėjo, kad, esant labai dideliams priemaišų tankiams ir n srityse, pn sandūros voltamperinė charakteristika yra anomali (6.14 pav., a). Charakteristikos anomaliją lemia tunelinė srovė.
Kai priemaišų tankis viršija , puslaidininkis išsigimsta. Priemaišiniai lygmenys sudaro leidžiamąsias juostas. Iš donorinių lygmenų sudaryta juosta iš dalies sutampa su laidumo juosta; išsigimusiame n puslaidininkyje Fermio lygmuo yra laidumo juostoje. Juosta, sudaryta iš akceptorinių lygmenų iš dalies sutampa su valentine juosta; išsigimusiame p puslaidininkyje Fermio lygmuo yra valentinėje juostoje.
Išsigimusių puslaidininkių sandūra esti labai plona (). 6.15 pav. pavaizduota tokia sandūra ir jos energijos lygmenų diagramos, atitinkančios 6.14 pav., a, pažymėtus keturis voltamperinės charakteristikos taškus.

Kai neveikia išorinė įtampa, Fermio lygmuo yra bendras visam dariniui (6.15 pav., b). Per sandūrą srovė neteka.
Prijungus atvirkštinę įtampą, prieš elektronų užimtus valentinės juostos lygmenis atsiranda neužpildytųjų laidumo juostos lygmenų (6.15 pav., c). Kadangi šiuos lygmenis skiria labai plonas potencialo barjeras, tai elektronai iš p srities valentinės juostos tuneliniu būdu skverbiasi į n srities laidumo juostą. Didėjant atvirkštinei įtampai, prieš užimtuosius lygmenis atsiduria vis daugiau neužpildytųjų lygmenų. Todėl tunelinė srovė ir pn sandūros atgalinė srovė sparčiai stiprėja.

Pradėjus veikti tiesioginei įtampai, prieš elektronų užimtus laidumo juostos lygmenis atsiranda neužpildytųjų valentinės juostos lygmenų. Kylant įtampai, tokių lygmenų daugėja ir jų skaičius pasiekia maksimumą (6.15 pav., d) voltamperinės charakteristikos 2 taške.
Toliau kylant tiesioginei įtampai, ima mažėti užimtųjų lygmenų, esančių prieš neužpildytuosius leidžiamuosius energijos lygmenis, skaičius. Atitinkamai kinta ir tunelinė srovė. 6.15 pav., e, atvaizduota pn sandūros energijos lygmenų diagrama, atitinkanti voltamperinės charakteristikos 3 tašką. Šiame taške tunelinė srovė neteka, tačiau tiesioginė sandūros srovė nelygi nuliui. Taip yra todėl, kad, veikiant tiesioginei įtampai, sandūroje sumažėja potencialo barjero aukštis ir pradeda tekėti difuzinė srovė. Kylant tiesioginei įtampai, ji stiprėja.
Taigi išsigimusių puslaidininkių pn sndūros voltamperinės charakteristikos eigą lemia tunelinė ir difuzinė srovės. Tai iliustruoja 6.14 pav., b, kuriame pavaizduotos tunelinės ir difuzinės srovių priklausomybės nuo įtampos. Sumuodami šias sroves, gauname tunelinio diodo voltamperinę charakteristiką, pavaizduotą. 6.14 pav., a.

Tunelinio diodo voltamperinės charakteristikos dalyje tarp 2 ir 3 taškų dinaminė varža yra neigiamoji. Todėl tunelinius diodus galima naudoti silpniems elektriniams virpesiams stiprinti ir generuoti. Tekant tunelinei srovei, elektronai tiesiai iš n srities laidumo juostos patenka į p srities valentinę juostą, taigi nesikaupia šalutiniai krūvininkai. Todėl tuneliniai diodai pasižymi didele veikimo sparta ir yra naudojami formuoti trumpų frontų impulsus. Dėl gerų dažninių savybių tuneliniai diodai naudojami mikrobanginiuose įtaisuose.
Parinkus mažesnį priemaišų tankį, galima pasiekti, kad n srityje Fermio lygmuo sutaptų su laidumo juostos dugnu, o p srityje – su valentinės juostos viršumi (6.16 pav., a). Tada tunelinė srovė teka tik veikiant atvirkštinei įtampai, ir gaunama 6.16 pav., b, pavaizduota diodo voltamperinė charakteristika. Kaip matyti, kai veikia nedidelė įtampa, diodo atgalinė srovė esti stipresnė nei tiesioginė. Diodo atgalinė varža yra daug mažesnė už jo varžą tiesiogine kryptimi. Todėl toks diodas vadinamas atvirkštiniu diodu. Šie diodai taikomi silpnų aukštadažnių signalų apdorojimo įtaisuose, pavyzdžiui, detektoriuose.

Susiję įrašai:

Impulsiniai diodai

admin — Thu, 25 Mar 2010 12:33:58 +0000

Impulsiniai diodai naudojami impulsinės technikos įtaisuose. Impulso frontai išlieka statūs, jeigu grandinės praleidžiamųjų dažnių juosta plati. Taigi impulsiniai diodai turi būti aukštadažniai.

Kad išsiaiškintume puslaidininkinio diodo impulsinės veiksenos ypatumus, panagrinėkime diodu tekančią srovę, kai, veikus tiesioginei įtampai, staiga pakeičiamas įtampos poliškumas (6.12 pav., a).

Sakykime, kad priemaišų tankis diodo n srityje – emiteryje- daug kartų didesnis už priemaišų tankį p srityje – bazėje. Tada, veikiant tiesioginei įtampai, vyksta elektronų difuzija per pn sandūrą ir jų injekcija į bazę. Tekant tiesioginei srovei, pn sandūroje ir diodo bazėje yra daug nepusiausvirųjų elektronų ir skylių (6.13 pav.). Todėl, laiko momentu staiga pasikeitus įtampos poliškumui, per sandūrą teka stipri atgalinė srovė (6.12 pav., b). Šios srovės stiprį riboja tik diodo bazės ir grandinės, kurioje veikia diodas, varžos. Tekant stipriai atgalinei srovei, elektronai, kaip šalutiniai krūvininkai, ekstrahuojami (ištraukiami, išsiurbiami) iš bazės, ir pn sandūra plečiasi. Tuo pat metu, žinoma, vyksta ir rekombinacija. Dėl šių reiškinių nepusiausvirųjų krūvininkų mažėja, ir, praėjus tam tikram laikui, diodo atgalinė srovė pradeda silpnėti (6.12 pav., b). Prabėgus laikui, nepusiausvirujų krūvininkų tankis pn sandūros aplinkoje sumažėja ir atsikuria didelė diodo atgalinė varža.

Iš aptarimo aišku, kad diodas gali atlikti ventilio funkcijas tik tuomet, kai atvirkštinės įtampos impulso trukmė daug ilgesnė už laiko tarpą, , per kurį atsikuria sandūros atgalinė varža. Kitaip tariant, impulsinis diodas turi tenkinti sąlygą:

čia T – virpesių periodas, f – dažnis.
Siekiant pagreitinti atgalinės varžos atsikūrimą ir padidinti impulsinių diodų veikimo spartą, reikia mažinti pn sandūros difuzinę talpą. Tai galima padaryti mažinant krūvininkų gyvavimo trukmę ir šalutinių krūvininkų bazėje sukurtą krūvį.
Siekiant sumažinti krūvininkų gyvavimo trukmę, puslaidininkiai legiruojami specialiomis priemaišomis. Kaip silicio priemaiša dažnai naudojamas auksas.
Šalutinių krūvininkų ekstrakcijos trukmę pavyksta sumažinti pn darinių gamyboje taikant difuzinę bei epitaksinę-difuzinę technologijas. Difuzinio diodo bazėje dėl netolygaus priemaišų pasiskirstymo susikuria elektrinis laukas, stabdantis šalutinių krūvininkų difuziją. Tada šalutiniai krūvininkai kaupiasi prie pn sandūros. Pradėjus veikti atvirkštinei įtampai, jie greičiau ekstrahuojami. Epitaksijos ir difuzijos būdu sudarytuose dariniuose silpnai legiruotas bazės sluoksnis yra plonas. Tekant difuzinei srovei, krūvininkai šį sluoksnį greitai įveikia ir srityje greitai rekombinuoja. Kai prie pn sandūros nepusiausvirasis krūvis mažesnis, jis greičiau ekstrahuojamas.
Didele veikimo sparta pasižymi Šotkio diodai. Kaip jau žinome, jiems būdinga labai vertinga savybė: tekant tiesioginei srovei, įveikę metalo-puslaidininkio sandūrą puslaidininkio elektronai patenka į metalą, taigi nėra šalutinių krūvininkų injekcijos ir kaupimo.
Impulsinių diodų veikimo sparta priklauso ir nuo barjerinės talpos. Todėl pageidautina, kad impulsinio diodo pn sandūros plotas būtų mažas.
Impulsiniams diodams keliamus reikalavimus geriausiai tenkina taškiniai, mikrolydytiniai diodai, difuziniai mezadiodai, epitaksiniai-difuziniai planarieji diodai, Šotkio mezadiodai.
Kadangi dėl elektrinio stabdymo lauko difuziniuose dioduose šalutiniai krūvininkai kaupiasi ploname bazės sluoksnyje, pasibaigus šalutinių krūvininkų ekstrakcijai, atgalinė srovė staiga silpnėja. Ši difuzinių diodų savybė panaudojama formuoti impulsams su labai trumpais frontais. Tam tikslui skirti diodai vadinami krūvio kaupimo diodais. Krūvio kaupimo diodų pn dariniai formuojami taikant difuzinę, epitaksinę-difuzinę bei planariąsias technologijas.

Susiję įrašai:

Varikapai

admin — Fri, 19 Mar 2010 12:11:51 +0000

pn sandūros barjerinė talpa priklauso nuo atgalinės įtampos. Remiantis šia pn sandūros savybe buvo sukurti varikapai – kintamosios talpos diodai, dar vadinami varaktoriais. Taigi varikapai yra puslaidininkiniai diodai, naudojami kaip elektrinio valdymo kondensatoriai, jų talpa valdoma keičiant sandūros atgalinę įtampą.
Varikapo savybes apibūdina voltfaradinė charakteristika . Ji priklauso nuo pn sandūros sudarymo būdo ir tipo. Svarbiausi varikapo parametrai – tai maksimali talpa , minimali talpa ir koeficientas . Maksimali varikapų talpa būna iki kelių šimtų pikofaradų, koeficientas – iki 5, kartais iki net iki 10.
Dar vienas svarbus varikapo parametras yra jo elektrinė kokybė , kurią lemia reaktyviosios ir aktyviosios varžų santykis:

Varikapo kokybė priklauso nuo jo, kaip aukštadažnio diodo, ekvivalentinės grandinės parametrų. Tiesa, kai veikia atgalinė įtampa, pn sandūros dinaminė varža yra labai didelė, todėl jos galima nepaisyti.

Kai dažnis žemas, varža yra maža lyginant su likusios grandinės dalies varža, todėl varikapo ekvivalentinės grandinės schema tampa dar paprastesnė (6.11 pav., a). Tada, užrašę grandinės pilnutinės varžos išraišką ir radę šios varžos dedamąsias, gautume:

Kai dažnis aukštas, talpos varža tampa maža, ir galima nepaisyti nuotėkio varžos įtakos (6.11 pav., b). Tada:

Taigi varikapo kokybę lemia nuotėkio varža ir bazės varža. Iš formulių ir matyti, kad, kylant dažniui, kokybė didėja, pasiekia maksimalią vertę ir paskui aukštų dažnių srityje, kai lemiamos įtakos turi bazės varža, mažėja.
Varikapai naudojami elektriniu būdu derinamuose radijo ir televizinių imtuvų virpamuosiuose kontūruose, parametriniuose stiprintuvuose ir kituose įtaisuose, kur reikia elektriniu būdu valdomų nedidelių talpų.

Literatūra: S. Štaras “Puslaidininkinės ir funkcinės elektronikos įtaisai” 189-190 psl.

Susiję įrašai:

Aukštadažniai diodai

admin — Fri, 19 Mar 2010 11:40:11 +0000

Aukštadažniais vadinami diodai, taikomi plačiame dažnių diapazone (iki kelių šimtų megahercų) lyginti srovę, detektuoti signalus ir atlikti kitokias virpesių apdorojimo funkcijas.
Diodo ekvivalentinė grandinė silpnai kintamajai srovei atvaizduota 6.10 paveiksle, a. Joje – pn sandūros dinaminė varža, – sandūros talpa, – p ir n sričių, esančių už pn sandūros ribų (diodo bazės ir emiterio) varža, – nuotėkio varža.
Bazės varža paprastai būna daug didesnė už emiterio varžą. Todėl varžą nulemia bazės varža .
pn sandūros dinaminė varža išreiškiama formule:

Iš šios fotmulės matyti, kad pn sandūros dinaminė varža priklauso nuo difuzinės srovės . Kai , difuzinė srovė neteka, ir idealios pn sandūros dinaminė varža yra be galo didelė.
pn sandūros talpa susideda iš barjerinės ir difuzinės talpų, kurios priklauso nuo įtampos.
Jeigu veikia ne tik kintamoji įtampa, bet ir nuolatinė atgalinė įtampa, tai diodo pn sandūros dinaminė varža būna didelė, o difuzinė tampa lygi nuliui. Tada diodo ekvivalentinės grandinės schema tampa paprastesnė, sudaryta iš nuosekliai sujungtų bazės varžos ir barjerinės talpos . Taigi diodo dažnines savybes lemia laiko konstanta . Mažinant šią konstantą, galima išplėsti diodo darbo dažnių diapazoną.
Diodo sandūros barjerinę talpą galima sumažinti mažinant pn sandūros plotą. Ši diodų dažninių savybių gerinimo galimybė taškiniuose, mikrolydytiniuose dioduose, mezadioduose ir planariuosiuose dioduose, kuriuose bazės skerspjūvio plotas daug didesnis nei pn sandūros plotas. Jeigu plokštinio diodo bazės skerspjūvio plotas lygus pn sandūros plotui, tai mažėjant sandūros plotui, didėja bazės varža, ir laiko konstanta gali nesumažėti.
Varža sumažėja, padidinus bazėje priemaišų koncentraciją. Tačiau, esant didesnei priemaišų koncentracijai, pn sandūra tampa plonesnė. Kai pn sandūra plonesnė, jos barjerinė talpa yra didesnė, o pramušimo įtampa – mažesnė. Taigi tenka ieškoti kitų laiko konstantos mažinimo būdų.
Plokštinių diodų bazės varžą ir sandūros barjerinę talpą pavyksta sumažinti, panaudojant epitaksine-difuzine technologija sudarytus darinius. Juose silpnai legiruota bazės sritis esti plona, todėl bazės varža maža. pn sandūra susidaro tarp silpnai legiruotų sričių, taigi ji yra stora, jos barjerinė talpa maža, o pramušimo įtampa pakankamai didelė.
Nagrinėjant mikrobangų puslaidininkinių diodų savybes, reikia atsižvelgti ne tik į diode panaudoto puslaidininkinio lusto parametrus, bet ir į diodo išvadų parazitinį induktyvumą L bei parazitinę talpą tarp išvadų C. Mikrobangų srityje naudojami Šotkio ir taškiniai diodai. Siekiant, kad būtų mažesnis kontakto plotas, taškinių diodų metalinė adata nusmailinama. Kontaktas elektriniu būdu neformuojamas, taigi naudojamas metalo-puslaidininkio kontaktas. Siekiant sumažinti induktyvumą L ir talpą C, mikrobangų detektoriniai ir kiti diodai gaminami be vielinių išvadų.

Literatūra: S. Štaras “Puslaidininkinės ir funkcinės elektronikos įtaisai” 187-189 psl.

Susiję įrašai:

Puslaidininkiniai stabilitronai

admin — Thu, 18 Mar 2010 08:27:07 +0000

Prasidėjus pn sandūros elektriniam pramušimui, pn sandūros įtampa, kaip žinome, mažai kinta, nors sandūros atgalinė srovė stiprėja. Ši pn sandūros savybė panaudojama puslaidininkiniuose (silicio) stabilitronuose, skirtuose nuolatinei įtampai stabilizuoti.

Puslaidininkinių stabilitronų darbo įtampa būna nuo 3 iki 400V, didžiausia sklaidomoji galia – nuo šimtų milivatų iki dešimčių vatų. Siekiant sumažinti temperatūrinį įtampos koeficientą, kartais stabilitronuose nuosekliai sujungiamos kelios pn sandūros. Pavyzdžiui, su mažai legiruota plačia sandūra, kurioje vyksta griūtinis pramušimas, nuosekliai jungiamos kelios pn sandūros tiesiogine kryptimi. Kylant temperatūrai, griūtinio pramušimo įtampa didėja, o tiesiogine kryptimi įjungtų pn sandūrų įtampos mažėja. Taip galima gauti mažą temperatūrinį stabilizuojamos įtampos koeficientą.

Mažoms įtampoms stabilizuoti naudojami stabistoriai – puslaidininkiniai diodai, įjungti tiesiogine kryptimi. Jų įtampos temperatūrinis koeficientas neigiamas.

Literatūra: S. Štaras “Puslaidininkinės ir funkcinės elektronikos įtaisai” 187 psl.

Susiję įrašai:

Lygintuviniai diodai

admin — Thu, 18 Mar 2010 08:16:16 +0000

Kintamosios srovės lyginimui panaudojama ventilinė puslaidininkinių diodų savybė. Lygintuvams geriausiai tiktų idealūs ventiliai, kurių voltamperinė charakteristika atvaizduota 6.9 paveiksle, a. Realūs puslaidininkiniai diodai, kaip žinome, atsiveria tik tuomet, kai tiesioginė įtampa tampa didesnė nei slenkstinė įtampa (6.9 pav., b). Ši įtampa priklauso nuo puslaidininkio.
Svarbiausieji lygintuvinio diodo parametrai – tai didžiausia leidžiamoji tiesioginė srovė ir didžiausia leidžiamoji atgalinė įtampa. Jas riboja pn sandūros perkaitimas ir pramušimas. Diodai, kurių maksimali leidžiamoji srovė stipresnė nei 10A, vadinami lygintuviniais galios diodais. Galios dioduose naudojamos didelio ploto pn sandūros. Srovės tankis sandūroje būna iki . Siekiant geriau išsklaidyti sandūroje išsiskiriančią šilumą, naudojami radiatoriai, kartais net priverstinis aušinimas. Leidžiamasis silicio sandūrų perkaitimas yra didesnis nei germanio, nes silicio draudžiamoji juosta yra platesnė.

Lygintuvinis diodas mažiau kaista, jeigu jam panaudotas darinys, kurio pagrindas pasižymi maža varža. Stiprias sroves galima lyginti sujungus du ar daugiau diodų lygiagrečiai. Siekiant padidinti atsparumą elektriniam pramušimui, lygintuviniams diodams naudojami arba pin dariniai su plokščiomis pn sandūromis. Aukštoms įtampoms lyginti naudojami lygintuviniai stulpeliai, sudaryti iš nuosekliai sujungtų pn sandūrų. Jų atgalinė įtampa būna iki dešimčių kilovoltų. Gaminami ir kitokie diodų blokai, pavyzdžiui, blokai, kuriuose diodai sujungti pagal lygintuvinio tiltelio schemą.
Kai diodas naudojamas grandinėje, kur veikia nuolatinė ir kintamoji įtampos, diodo varža nuolatinei srovei ir varžia kintamajai srovei yra nevienodos.
Varža nuolatinei srovei (statinė varža) randama pagal formulę:
;
Čia ir – diodo įtampos ir srovės nuolatinės dedamosios.
Varža silpnai kintamajai srovei (dinaminė, diferencinė varža) išreiškiama formule:
;
Čia ir – įtampos pokytis ir jį atitinkantis srovės pokytis diodo darbo taško aplinkoje.

Literatūra: S. Štaras “Puslaidininkinės ir funkcinės elektronikos įtaisai” 185-186 psl.

Susiję įrašai:

Diodų pn sandūrų sudarymo būdai

admin — Wed, 17 Mar 2010 13:16:44 +0000

Atsižvelgiant į pn darinių konstrukcijas, puslaidininkiniai diodai skirstomi į taškinius ir plokštinius.
Taškiniam diodui naudojamas puslaidininkinės medžiagos lustas, prie kurio prispausta metalinė adata (6.1 pav.). Jeigu puslaidininkis yra elektroninio laidumo, tai adatos galas iš anksto padengiamas trivalente akceptorine priemaiša – aliuminiu, indžiu, arba galiu. pn sandūra sudaroma elektrinio formavimo būdu: per kontaktą praleidžiamas galingas srovės impulsas. Jis įkaitina adatos ir kristalo sąlyčio vietą, ir adatos galas įsilydo į puslaidininkį. Be to, aukštoje temperatūroje priemaišos atomai skverbiasi į puslaidininkį. Todėl po adatos galu susidaro nedidelė p puslaidininkio sritis ir pn sandūra. Taškinių diodų pn sandūros plotas paprastai esti ne didesnis kaip 50µm2. Taškinių diodų elektrinių savybių ypatumus atskleisime vėliau.

Pirmieji plokštiniai diodai buvo gaminami įlydimo būdu. Įlydymo technologijos esmę iliustruoja 6.2 paveikslas. Į elektroninio laidumo silicio lustą 600-700 oC temperatūroje įlydoma aliuminio tabletė. Aliuminio atomams įsiskverbus į silicį, aplink aliuminio tabletę susidaro skylinio laidumo silicio sritis. Germanio pn sandūrą galima sudaryti sulydant germanį su indžiu. Įlydimo būdu sudaromos staigios pn sandūros. Lydytinių sandūrų plotas gali būti didesnis.

Tobulesnė yra pn darinių sudarymo technologija, pagal kurią priemaišos atomai į puslaidininkio kristalą difunduoja iš dujinės aplinkos. Difuzijos krosnyje virš elektroninio laidumo silicio praleidžiamas dujų mišinys, kuriame yra akceptorinės priemaišos – boro (6.3 pav., a). 1000-1300 oC temperatūroje (artimoje silicio lydymosi temperatūrai) boro atomai dėl koncentracijos gradiento skverbiasi į silicį. Parinkus terminės priemaišų difuzijos temperatūrą ir trukmę, gaunamas pageidaujamas boro pasiskirstymas (6.3 pav., b). Efektinė priemaišų koncentracija, kaip žinome, lygi priemaišų koncentracijų skirtumui: jei , tai ; jei , tai ; čia ir – akceptorinės ir donorinės priemaišų koncentracijos. Todėl, kai akceptorinės priemaišos koncentracija lusto paviršiniame sluoksnyje viršija pradinę donorinės priemaišos koncentraciją, pasikeičia laidumo tipas, paviršinis sluoksnis tampa p puslaidininkiu (6.3 pav.). Taip terminės priemaišų difuzijos būdu sudaroma pn sandūra.

Terminės priemaišų difuzijos būdu galima sudaryti artimą staigiai arba tolydinę pn sandūrą. Sandūros tipą lemia defektinės priemaišų koncentracijos gradientas, priklausantis nuo priemaišų difuzijos sąlygų – temperatūros ir trukmės. Šie veiksniai lemia ir pn sandūros gylį xpn.
Kadangi terminės priemaišų difuzijos būdu pn sandūra sudaroma perkompensuojant pradines priemaišas, priemaišų koncentracija kitokio laidumo sluoksnyje visuomet yra didesnė nei pradinė priemaišų koncentracija. Kitokio laidumo puslaidininkio sluoksnį su bet kokia priemaišų koncentracija galima sudaryti epitaksijos būdu.
Epitaksijos metu virš silicio plokštelės (padėklo) praleidžiamas dujų srautas. Padėklo paviršiuje aukštoje (apie 1200 oC) temperatūroje vyksta cheminė reakcija tarp srautą sudarančių medžiagų (silicio tetrachlorido SiCl2 ir vandenilio H2). Reakcijos metu išsiskyrę silicio atomai lieka ant padėklo paviršiaus (6.4 pav.). Tvarkingai išsidėstę ant padėklo jie sudaro sluoksnį, kuris pratęsia padėklo kristalinę gardelę. Įmaišius į dujų srautą junginius su priemaišų atomais (pvz., BCl3 ar PCl3), galima užauginti n, p, taip pat n-, p- bei n+, p+ puslaidininkių sluoksnius. Čia minusas žymi, kad puslaidininkis yra silpnai legiruotas, pliusas reiškia, kad priemaišos koncentracija didelė.
Kartais puslaidininkiniams diodams tikslinga naudoti sudėtingus puslaidininkinius darinius, formuojamus epitaksine-difuzine technologija. Taikant šią technologiją ant n+ tipo silicio padėklo užauginamas epitaksinis n- silicio sluoksnis. Terminės priemaišų difuzijos būdu į šį sluoksnį įvedus akceptorinių priemaišų, paviršinė epitaksinio sluoksnio dalis paverčiama p puslaidininkiu (6.5 pav.).

Plokštinio diodo pn sandūros plotas gali būti didelis. Tada diodas gali praleisti stiprią srovę. Tačiau, jeigu sandūros plotas didelis, sandūros elektrinė talpa yra didelė, o diodo dažninės savybės prastos. Mažo ploto pn sandūroms sudaryti buvo sukurtos mezatechnologijos ir planariosios technologijos.
Diodų mezadarinių gamybą iliustruoja 6.6 paveikslas. Kaip padėklas naudojamas n silicis. Terminės priemaišų difuzijos būdu padėklo paviršiuje sudaromas p silicio sluoksnis. Po to puslaidininkio paviršius padengiamas silicio dioksido SiO2 sluoksniu. Fotolitografijos būdu silicio dioksido sluoksnis nuo paviršiaus dalies nuėsdinamas. Likęs SiO2 sluoksnis naudojamas kaip apsauginis, ėsdinant silicį. Po ėsdinimo gautas darinys atvaizduotas 6.6 paveiksle. Pašalinus silicio dioksido sluoksnį, puslaidininkė plokštelė dalinama į lustus su nedidelio ploto pn sandūromis.

Naudojant planariąją technologiją, puslaidininkinis darinys formuojamas apdorojant viršutinį plokščią padėklo paviršių. Kai taikoma planarioji epitaksinė-difuzinė technologija, ant n+ silicio padėklo užauginamas n- silicio sluoksnis. Po to paviršiuje sudaromas silicio dioksido sluoksnis ir jame fotolitografijos būdu atidaroma anga, per kurią vykdoma terminė priemaišų difuzija. Perkompensavus pradines priemaišas, sudaroma p laidumo sritis (6.7 pav.). Planariųjų darinių sričių išvadus galima jungti prie vienos lusto pusės.
Kartais vietoj pn sandūrų dioduose naudojamos metalo ir puslaidininkio sandūros su Šotkio barjerais. Šotkio epitaksinio mezadarinio struktūra atvaizduota 6.8 paveiksle. Metalo sluoksnis ant tinkamai apdoroto puslaidininkio paviršiaus užgarinamas vakuume.

Mikrobangų ir lazeriniuose dioduose naudojamos įvairialytės sandūros. Jas išsamiau aptarsime vėliau.
Puslaidininkiniai diodai naudojami kintamosios srovės lygintuvuose, detektoriuose, impulsinėse grandinėse, o kartais net kaip generatorių ir stiprintuvų aktyvieji elementai.

Literatūra: S. Štaras “Puslaidininkinės ir funkcinės elektronikos įtaisai” 181-185 psl.

Susiję įrašai:

GIROSKOPO PRECESIJOS TYRIMAS (laboratorinis darbas)

admin — Tue, 16 Mar 2010 18:30:32 +0000

GIROSKOPO PRECESIJOS TYRIMAS

TIKSLAS:išmatuoti giroskopo precesijos kampini greiti, nustatyti jo priklausomybę nuo išorinės jėgos momento didumo ir apskaiciuoti giroskopo inercijos didumą

PRIEMONĖS: giroskopas, tachometras, sekundometras. Svarelių rinkinys.

PAGRINDINĖS FORMULĖS:

L = Iω

Paklaidų formulės:

DARBO EIGA:

∆d = 1.5 cm = 0.015 m

Nr.	φ, rad	t,s	t,s	<Ω>,rad/s	M, N∙m
1	20	26.8		0.011	0.505
2		30.03	29.96±1.7
3		33.05

∆d = 2.0 cm = 0.02 m

Nr.	φ, rad	t,s	t,s	<Ω>,rad/s	M, N∙m
1	20	19.41		0.018	0.67
2		18.70	18.59±0.5
3		17.66

∆d = 2.5 cm = 0.025 m

Nr.	φ, rad	t,s	t,s	<Ω>,rad/s	M, N∙m
1	20	12.25		0.03	0.84
2		11.08	11.43±0.4
3		10.98

∆d = 3.0 cm = 0.03 m

Nr.	φ, rad	t,s	t,s	<Ω>,rad/s	M, N∙m
1	20	10.11		0.034	1.01
2		10.10	10.08±0.01
3		10.05

Ω = f(M)

I1 = 2500 kg ∙ m2
I2 = 1333 kg ∙ m2
I3 = 819 kg ∙ m2
I4 = 722.2 kg ∙ m2

∆I = 0.25 kg ∙ m2
∆M = 0.01 N ∙ m
∆Ω = 0.01 rad/s

Išvados: apskaičiavome precesijos kampinį greitį, nustatėme jo priklausomybę nuo išorinėws jėgos momento didumo, taip pat apskaičiavome inercijos momentų reikšmes ir nustateme paklaidas.

Naudota literatūra:

1.Laboratoriniai darbai.”. –Vilnius.:”Technika”. 1996

Susiję įrašai:

SLOPINAMŲJŲ SVYRAVIMŲ TYRIMAS PASVYRAJA SVYRUOKLE (laboratorinis darbas)

admin — Tue, 16 Mar 2010 18:28:35 +0000

SLOPINAMŲJŲ SVYRAVIMŲ TYRIMAS PASVYRAJA SVYRUOKLE

Darbo tikslas:Išmatuoti slopinamųjų svyravimų logaritminį slopinimo dekrementą λ, slopinimo koeficientą β, savųjų svyravymų periodą T0 ir svyruoklės energijos nuostolius po N svyravimų.

Darbo priemonės: pasvirusioji svyruoklė su fotoelekriniu svyravimų skaičiaus ir laiko matavimo įtaisu.

Pagrindinės formulės:

Paklaidų skaičiavimo formulės:

Darbo eiga:

Laisvieji svyravimai:

N=10

Nr.	t,s	T0,s	,s
1	13.74	1.374	1.374
2	13.74	1.374
3	13.73	1.373

α0= 11 cm = 0.11 m
N = 10
αN= 5.5 cm = 0.055 m
ts= 13.728 s

=13.728/10=1.372 s
=0.1 ln2=0.069
=0.069/1.372=0.05

Nr	ts,s	αN, m	λ	β	<λ>	<β>
1	13.727	0,055	0.069	0.050	0.070± 0,01	0.051± 0,007
2	13.746	0,053	0.073	0.053
3	13.736	0,055	0.069	0.050

Kai α=70

α0= 11 cm = 0.11 m
N = 10
αN= 1.5cm = 0.015 m
ts= 14.701s

=14.701/10 =1.470 s
=0.1 ln7.33 = 0.199
=0.199/1.470 = 0.135

==75.6%

==98.4%

Išvados: išmatavome svyruoklės laisvųjų svyravimų periodą T0, slopinamųjų svyravimų periodą Ts, logaritminį slopinimo dekrementą λ, slopinimo koeficientą β ir svyruoklės vidutinius energijos nuostolius esant slopinimui po 10 svyravimų.

Naudota literatūra:

1.Laboratoriniai darbai.”. –Vilnius.:”Technika”. 1996, 40-43 psl.

Susiję įrašai:

ORO KLAMPUMO KOEFICIENTO IR MOLEKULIŲ VIDUTINIO LAISVOJO LĖKIO NUSTATYMAS (laboratorinis darbas)

admin — Tue, 16 Mar 2010 18:24:15 +0000

ORO KLAMPUMO KOEFICIENTO IR MOLEKULIŲ VIDUTINIO LAISVOJO LĖKIO NUSTATYMAS
Tikslas: išmatuoti oro klampumo koeficientą ir molekulių vidutinį laisvąjį lėkį.
Priemonės: sekundometras, manometras, menzūra ir prietaisas oro klampumo koeficientui matuoti.

Darbo metodika ir pagrindinės priemonės

Dujų arba skysčių sluoksniai, slinkdami vienas kito atžvilgiu, veikia vienas kitą klampos arba vidinės trinties jėga:
(1)
Čia h – dinaminis klampumo koeficientas, skitiniu didumu lygus jėgai, veikiančiai vienetinio ploto (ds=1) sluoksnį, kai dujose arba skystyje sudarytas vienetinis sluoksnių judėjimo greičių gradientas (dv/dx=1).
Puazelis apskaičiavo, kad, esant kapiliarinio vamzdelio, kurio spindulys r ir ilgis d, galuose Dp slėgių skirtumui, per laiką t ištekėjusio skysčio, kurio klampumo koeficientas h, tūris V yra:
(2)
Vandens manometru išmatuojame vamzdžio galuose slėgių skirtumą:
(3)
Čia Dh – manometro skysčio stulpelių aukščių skirtumas, r – manometro skysčio tankis, g- laisvojo kritimo pagreitis.
Iš (2) ir (3) plaukia, kad:
(4)
Molekulinėje kinetinėje dujų teorijoje klampumo koeficientas h yra susiejamas su dujų tankiu:
(5)
Molekulių vidutiniu šiluminio judėjimo greičiu:
(6)
Ir molekulių vidutiniu laisvuoju lėkiu :
(7)
Išmatavę klampumo koeficientą h, atmosferos slėgį p, temperatūrą T ir žinodami, kad oro molinė masė M=29*10-3kg/mol, įvertiname vidutinį oro molekulių laisvąjį lėkį:
(8)

Paklaidų skaičiavimo formulės:
(9)

(10)

Bandymo eiga

Paruošiame matavimo įrenginį tyrimams: į indą 4 įpilame vandens, atsukame čiaupą, palaukiame, kol nusistovės manometro parodymai. Užrašome manometro stulpelių aukščių skirtumą Dh. Tuo metų vanduo teka į atsarginį indą.
Po ištekančio vandens čiaupu pastatome menzūrą ir laukiame t=1min; išmatuojame, kiek vandens per šį laiką pritekėjo į menzūrą. Išmatuojame vandens tūrį. Bandymą pakartojame 3 kartus ir suskaičiuojame , ir Stjudento apskaičiuojame DV.
Pagal formulę (4) apskaičiuojame klampumo koeficiento h didumą. (kapiliaro duomenys d ir r pateikiami prie įrenginio).
Pagal (8) formulę apskaičiuojame molekulių vidutinį laisvąjį lėkį .
Įvertiname Dl ir Dh.

Nr.	Dh,m	,m	Dh-,m	(Dh-)2,m2	S,m	D(Dh),m
1	0,13		0,01	0,0001
2	0,12	0,12	0	0	0,009	0,04
3	0,10		-0,02	0,0004

Nr.	V,m3	,m3	V-,m3	(V-)2,m6	S,m3	DV,m3
1	3,6*10-5		0,3*10-5	9*10-12
2	3,4*10-5	3,3*10-5	0,1*10-5	10-12	1,8*10-6	7 *10-6
3	3,0*10-5		-0,3*10-5	9*10-12

t= (60,00±0,01) s                                     T=289K
d= (0,061±0,001) m                                p=9,8*104Pa
D=2r=4,45*10-4m                                    ρ1=13600kg/m3
r=2,25*10-4m
ρ=(1000±10)kg/m3
h=2,941*10-5Pa*s
l=1,947*10-7m/s
lh=1,331*10-5Pa*s
Dl=1,98*10-8m/s

Išvados:

Gavome hÎ(1,61010-5;4,27210-5)Pas. Tikra oro klampumo koeficiento reikšmė h=1,710-5Pa*s; ji patenka į darbo metu apskaičiuotų rezultatų intervalą.

lÎ(1,74910-7; 2,14510-7)m/s

Susiję įrašai:

Studijos

Tuneliniai ir atvirkštiniai diodai

Impulsiniai diodai

Varikapai

Aukštadažniai diodai

Puslaidininkiniai stabilitronai

Lygintuviniai diodai

Diodų pn sandūrų sudarymo būdai

GIROSKOPO PRECESIJOS TYRIMAS (laboratorinis darbas)

SLOPINAMŲJŲ SVYRAVIMŲ TYRIMAS PASVYRAJA SVYRUOKLE (laboratorinis darbas)

ORO KLAMPUMO KOEFICIENTO IR MOLEKULIŲ VIDUTINIO LAISVOJO LĖKIO NUSTATYMAS (laboratorinis darbas)

Darbo metodika ir pagrindinės priemonės

Bandymo eiga

Gavome hÎ(1,610*10-5;4,272*10-5)Pa*s. Tikra oro klampumo koeficiento reikšmė h=1,7*10-5Pa*s; ji patenka į darbo metu apskaičiuotų rezultatų intervalą.

lÎ(1,749*10-7; 2,145*10-7)m/s

Gavome hÎ(1,61010-5;4,27210-5)Pas. Tikra oro klampumo koeficiento reikšmė h=1,710-5Pa*s; ji patenka į darbo metu apskaičiuotų rezultatų intervalą.

lÎ(1,74910-7; 2,14510-7)m/s