ｐｎ接合容量測定実験装置の製作

1. 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

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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！

6. ブリッジ回路を用いた容量計の設計回路図

7. 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！

8. 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

9. 並列T形回路を用いた同調増幅器の設計

10. 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！

11. 並列T形回路を用いた同調増幅器　その２

12. 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！

13. 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！

14. 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。