1994 / 95	LABORATORIUM FIZYCZNE
Ćwiczenie nr 23	Charakterystyka styku metal - półprzewodnik typu n
ELEKTRONIKA gr. 2.2
Wykonane dnia 21.10.94		Data	Ocena	Podpis
	T
	S

1. Zasada pomiaru

Między metalem a półprzewodnikiem w złączu metal-półprzewodnik n istnieje kontaktowa różnica potencjałów. W warstwie przystykowej półprzewodnika niemal w ogóle nie ma elektronów, ma ona więc znacznie większy opór i nazywana jest warstwą zaporową.

Przyłączenie do złącza zewnętrznego napięcia zmienia rozmiary warstwy zaporowej, wysokość bariery potencjału i opór. Pole zewnętrzne skierowane od me-talu (+) do półprzewodnika (-) - w kierunku przewodzenia, powoduje zmniejszenie bariery potencjału, czyli powiększenie przewodności złącza. W kierunku tym może płynąć duży prąd. Pole skierowane przeciwnie zmniejsza przewodność złącza - kierunek ten jest zwany kierunkiem zaporowym.

Z tego też względu złącza takie wykazują właściwości prostujące prądu przemiennego. Zależność prądu od napięcia zewnętrznego przedstawia rysunek:

Celem doświadczenia jest zbadanie zachowania złącza, do którego przyło-żono zewnętrzne napięcie w kierunku przewodzenia i zaporowym, oraz właściwości prostujących złącza podłączonego do napięcia przemiennego.

2. Układ pomiarowy

a) badanie złącza pod działaniem zewnętrznego napięcia:

b) badanie prostownika jednopołówkowego:

c) badanie prostownika dwupołówkowego - układ Graetza:

3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów

woltomierz - miernik uniwersalny METEX - sposób obliczania błędów pomiarowych:

0,3 % wartości wskazywanej + wartość ostatniej cyfry

miliamperomierz - miernik uniwersalny, dla amperomierza:

- ilość podziałek: 50

- klasa dokładności: 1,5

- zakresy: 2,5 A; 0,1 mA; 1 mA; 5 mA; 25 mA; 100 mA; 500 mA

4a. Tabela wyników

Legenda:

4b. Wykresy

Z powodu dużej rozpiętości wartości prądu, nie można dokładnie zbadać zależności I= f(U) dla kierunku przewodnictwa i zaporowego. Poniżej przedsta- wiam oddzielne wykresy dla tych zakresów:

Oto wykres przedstawiający dokładniej nieliniową strefę oporności złącza:

5. Przykładowe obliczenia

pomiar 4:

napięcie odczytane z miernika:
błąd (obliczany wg zasady: 0,3% + wartość jednej cyfry):

0.011077 0.011 V

U = (0,359 0,011) V

prąd mierzony przy zakresie: 25A= 0,025mA (1 podziałka:0,0005A), 44 podziałki: 0,022A klasa miernika: 1,5; błąd
:

0,000375 0,0004 A

I = (0,0220 0,0004) mA

opór
:

błąd oporu obliczony metodą różniczki logarytmicznej:

0,796442 0,8

R = (16,3 0,8) k

6. Przebiegi z oscylografu

1. prąd przemienny z zasilacza:

2. prąd przemienny wyprostowany jednopołówkowo:

3. prąd przemienny wyprostowany dwupołówkowo:

7. Dyskusja błędów

W pierwszej części doświadczenia użyliśmy dwóch mierników uniwer-salnych. Sposób obliczania błędów ich wskazań został podany w punktach 3 i 5. W tabeli podane są zakresy i ilość podziałek dla każdego pomiaru, błąd przed i po zaokrągleniu oraz procentowy.

Błąd wielkości złożonej - oporu - można obliczyć metodą różniczki zupełnej lub logarytmicznej. Ponieważ jest to wielkość czysto iloczynowa, błąd względny oporu równy jest sumie błędów względnych napięcia i prądu:

W znakomitej większości przypadków ze względu na skalę wykresów niemożliwe jest odróżnienie błędów rzędu kilku procent (aczkolwiek zostały naniesione). W celu poprawienia czytelności zamieściłem też oddzielne wykresy dla pasma przewodnictwa i zaporowego.

8. Wnioski

Wyniki doświadczenia potwierdzają właściwości złącza metal-półprzewodnik typu n.

Przy prądzie stałym zaobserwowaliśmy znaczne różnice oporności złącza w zależności od kierunku przyłożonego napięcia oraz nieliniowy jego charakter.

Przy zasilaniu napięciem sinusoidalnym zaobserwowaliśmy prostowanie jednopołówkowe prądu - dioda przepuszczała napięcie o amplitudach dodatnich i filtrowała napięcie o amplitudach ujemnych (lub odwrotnie - w zależności od kierunku jej przyłączenia). Układ Graetza ze względu na mostkowe połączenie czterech elementów prostujących umożliwia dwupołówkowe prostowanie prądu - jedna jego część przepuszcza napięcie dodatnie, druga - napięcie o amplitudzie ujemnej - ze znakiem przeciwnym.

qqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq

---