Wydział Elektroniki Politechniki Wrocławskiej	Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych
^Wykonał		^Grupa -	^Ćw. nr 9	^Prowadzący
Badanie elementów składowych monolitycznych układów scalonych		^Data wyk.	^Data oddania	^Ocena

I Pomiary

1. Napięcie przebicia

U_przeb=142V

2) Charakterystyka prądowo napięciowa złącza wyspa - podłoże

R(zakres) [ kΩ ]	I [ mA ]	U [ mV ]
0.2	10	880
2	1	685
20	0,1	578
200	0,01	503
2000	0,001	440
20000	0,0001	15

3. Pojemność złącza wyspa-podłoże :

C=1,35pF

4) Zależność temperatury od mocy wytwarzanej w jednym z tranzystorów:

U[V]	I[mA]	UBE [ mV ]	T [ °C ]	P[mW]
2,27	2,80	813	23	6,356
4,25	2,98	812	25	12,665
6,18	3,10	811	27	19,158
8,16	3,24	810	29	26,438
10,10	3,38	809	31	34,138
12,28	3,70	806	37	45,436
14,30	4,05	804	41	57,915
16,15	4,37	800	49	70,576
18,06	4,89	796	57	88,313
20,19	5,43	791	79	109,632
22,10	6,57	783	87	145,197

II Obliczenia

I. Koncentracja domieszek oraz ruchliwość nośników większościowych .

Koncentrację domieszek odczytano z wykresu na podstawie znanych rezystywności materiałów(podanych w instrukcji) : N_a=6*10¹⁴cm^-3, N_d= 10¹⁵cm^-3

Znając koncentrację domieszek można było odczytać z wykresów ruchliwości nośników:

μ_p=480cm²/(V*s), μ_n=1350cm²/(V*s)

II. Obliczenie rezystancji izolacji wyspy .

1) S= (200μm)
+200μm*10μm = (200*10
m)
+200*10
m*10*10
m = 42*10
m
= 4,2*10
cm

Prąd I płynący przez złącze przy polaryzacji wkierunku zaporowym jest sumą prądu nasycenia I
oraz prądu generacji I
: I=I
+I
, gdzie I
wyraża się wzorem I
= S*q*n

a ponieważ

Składnik
jest około pięciokrotnie mniejszy od
to wyrażenie na I
można przybliżyć następująco : I
= S*q*n
*
, przy czym D
= μ
kT/q cm
/s .

Prąd I
.

2) D
= μ
kT/q = 1350 cm
/(V*s) *26 *10
= 35,1

3) I
= S*q*n
*
= 4,2 *10
cm
*1,602*10
C*(1,5*10
cm
)
*
=

2,95*10
A

I
= 2,95*10
A

4. I
   
   3000 *I
   =88,5*10
   A=88,5 pA

5. R
   =
   
   0,112 Ω *10
   = 112 GΩ

III. Obliczanie pojemności złącza podłoże - wyspa .

Pojemność wyspy C układu UL1111 można obliczyć ze wzoru na pojemnośc kondensatora płaskiego , która opisana jest wzorem : C=
, gdzie d jest szerokością warstwy zaporowej gdy bariera potencjału na złączu jest równa sumie napięcia dyfuzyjnego U
i zewnętrznego napięcia polaryzującego złącze U .

d(U)=

d(-10V) =
=

=6,06*10
m =6,06 μm

d(-10V)=6,06 μm

d(0V)=
=149,66*10
m=1,49 *10
m= 1,49μm

d(0V)= 1,49 μm

C(-10V)=
=736,04*10
F = 0,736 pF

C(-10V)=0,736 pF

C(0V)=
=2993,55 *10
F = 2,99 pF
3,0 pF

C(0V)= 3,0 pF

IV. Rezystancja podłoża R
.

W celu obliczenia rezystancji podłoża R
, a zarazem rezystancji szeregowej złącza skorzystam ze wzoru : R
=
, gdzie U
= 880 mV , U
=775 mV, I=10 mA (patrz charakterystyka) .

Dla tych danych rezystancja szeregowa jest następująca :

R
=
10,5 [Ω]

V. Współczynnik doskonałości złącza n .

U
jest napięciem dla prądu I=0,1 mA

U
jest napięciem dla prądu I=0,01 mA

n=
1,23

WNIOSKI I UWAGI

Pierwszym punktem ćwiczenia był pomiar napięcia przebicia złącza wyspa - podłoże. Zmierzona wartość jest siedmiokrotnie większa od wartości podawanej przez producenta. Wartość katalogowa została zaniżona, ponieważ uwzględnia się możliwość zmian parametrów tranzystora pod wpływem działania czynników zewnętrznych oraz różnice wartości napięcia przebicia dla różnych tranzystorów z tej samej serii.

Następnie zmierzyliśmy charakterystykę prądowo - napięciową złącza wyspa podłoże. Na podstawie charakterystyki obliczono rezystancję szeregową diody i współczynnik doskonałości .

Mała ilość punktów tworzących charakterystykę uniemożliwia stwierdzenie, czy dwa punkty na podstawie których dokonano obliczeń należą już do liniowej części charakterystyki, czy jeszcze nie. Jeżeli nie, to rozbieżność wyników można wytłumaczyć faktem błędnego określenia współczynnika kierunkowego prostej. Obliczony współczynnik doskonałości wynosi 1.23 Jednak dla krzemu, w którym przeważa znacznie prąd generacji, współczynnik doskonałości powinien wynosić około 2. Ponieważ współczynnik doskonałości jest proporcjonalny do współczynnika kierunkowego liniowej części charakterystyki, to niezgodność tą można tłumaczyć jak powyżej.

Następnym punktem ćwiczenia był pomiar pojemności złącza wyspa podłoża. Wartość teoretyczna wynosi 3.0pF natomiast wartość zmierzona 1,35pF. Różnica między tymi wartościami nie jest znaczna lecz jest większa od możliwego błędu miernika. Rozbieżność między tymi wartościami może wynikać z rozbieżności między podanymi w instrukcji parametrami(takimi jak koncentracja domieszek oraz pole powierzchni złącza) układu scalonego, a parametrami rzeczywistymi. Na podstawie obliczonych pojemności widać, że wartość pojemności znacznie spada w miarę zwiększania napięcia w kierunku zaporowym.

Ostatnim punktem ćwiczenia był pomiar wpływu mocy wydzielanej w jednym z tranzystorów na temperaturę całego układu scalonego. Temperaturę można było łatwo zmierzyć wykorzystując zależność napięcia od temperatury w złączu p-n. Na podstawie wykreślonego wykresu widać, że zależność temperatury od mocy jest w przybliżeniu liniowa. Zwiększenie mocy o 6 mW powoduje wzrost temperatury o około 2°C.

- 1 -

---