pn接合容量測定実験装置の製作
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pn接合容量測定実験装置の製作. 発表者:石田 俊介 指導者:前川 公男 教官. 目的. 固体電子デバイスの基礎. 半導体の PN 接合から発生する性質を利用している。. PN 接合容量 を測定する装置を 設計、製作することが目標である。. 容量測定器の製作. ダイオードに逆バイアス電圧を印加. 空乏層が発生 、 キャパシタの働きをする 。. ダイオードをコンデンサであるとみなし、静電容量を測定する装置を設計・製作する。. ブリッジ回路を用いた容量測定器の設計. C は誘電損と漏れ抵抗分を含む.

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Presentation Transcript

pn接合容量測定実験装置の製作

発表者:石田 俊介

指導者:前川 公男 教官


目的

  • 固体電子デバイスの基礎

半導体のPN接合から発生する性質を利用している。

PN接合容量を測定する装置を

設計、製作することが目標である。


容量測定器の製作

  • ダイオードに逆バイアス電圧を印加

空乏層が発生 、キャパシタの働きをする 。

ダイオードをコンデンサであるとみなし、静電容量を測定する装置を設計・製作する。


ブリッジ回路を用いた容量測定器の設計

Cは誘電損と漏れ抵抗分を含む

等価的に無損失の静電容量と純抵抗の組み合わせ(直列または並列)で表される!

ダイオードをコンデンサとみなし、

ブリッジ回路を用いて容量計を製作する。


ブリッジ回路とは?

図のような回路を考えたとき、各点をa,b,c,dとすると、

Vad = E・R2 / (R1 + R2)

Vbd = E・R4 / (R3 + R4)

ブリッジが平衡するとはVab = 0 である

から、Vab = Vad – Vbd = 0

これより、

R1 / R2 = R3 / R4 (ブリッジの平衡条件)

ブリッジ回路が平衡すれば、試料ダイオードのCが分かる!



実験結果の考察

  • a-GND間の電圧波形をオシロスコープで観測

平衡点らしきものが観測されたが・・・

ノイズなどにより正確な波形の観測は困難

信号周波数成分のみ増幅できるような

同調増幅器を設計する!


並列T形回路とは?

  • 並列T形回路を負帰還した回路は、特定の周波数で増幅度が最大になる特性を持つ。

図. 並列T形回路


並列T形回路を用いた同調増幅器の設計


実験結果

最大で23.5[dB]

60~80[dB]

が理想的

よりゲインが

大きい回路の

設計が必要!


並列T形回路を用いた同調増幅器 その2


実験結果

最大で43[dB]

容量計を接続して

実験

平衡点の観測

が容易になった!


考察

  • なぜ完全な平衡点が取れなかったのか?

容量計のブリッジ回路の設計に問題があったことが原因

流れないと近似したダイオードの抵抗分に僅かな電流が

流れ、完全な平衡が取れなくなった!!

実際には、ダイオードの抵抗分と接合容量の二つについて

平衡を取らなくてはならない!


今後の課題

(1) 一段ではゲインが不足するのでOPアンプを

   二段にすること。

(2) 平衡を取るための可変抵抗のレンジを拡大化

   すること。

(3)MIS容量直記装置やLCRメータの測定値との

  比較を行うこと。


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