Nr ćwiczenia: 47		Nr zespołu: 1	Data wykonania: 1.04.1998r.
WIE Gr. 12A	Tytuł ćwiczenia: Wyznaczenie przerwy energetycznej i innych parametrów złącza P-N dla Si i Ge	Ocena:	Podpis:

I .Wprowadzenie.

Podstawowe znaczenie dla własności elektronowych ciała stałego ma pasmo walencyjne, natomiast wpływ pasm wewnętrznych jest znikomy. Pasmo odpowiadające poziomowi położonemu bezpośrednio nad poziomem walencyjnym zwane jest pasmem przewodnictwa. Teoria pasmowa ciał stałych przewiduje więc istnienie szeregu pasm energetycznych o skończonych szerokościach, oddzielonych od siebie przerwami. Najważniejsza jest przerwa między wierzchołkiem pasma walencyjnego a dnem pasma przewodnictwa, zwana przerwą energetyczną E_g. Złączem p-n w półprzewodnikach nazywamy warstwę przejściową między obszarem przewodnictwa akceptorowego (p) a obszarem przewodnictwa donorowego (n). W wyniku różnej koncentracji elektronów i dziur w obszarach n i p w złączu powstają gradienty koncentracji obu rodzajów nośników prądu, powodujące ich dyfuzję do obszarów sąsiednich. Złącze typu p-n wykorzystuje się do budowy diod półprzewodnikowych. Po spolaryzowaniu złącza prąd płynący przez niego dany jest wzorem:

gdzie: I_o - natężenie prądu w kierunku zaporowym, U - przyłożone napięcie zewnętrzne, k - stała Boltzmanna, T - temperatura złącza,  współczynnik doskonałości.

Natężenie prądu wstecznego I_o jest funkcją wielkości przerwy energetycznej E_g i temperatury bezwzględnej T złącza według wzoru:

, gdzie B jest stałą.

W celu wyznaczenia I_o i  należy złożyć obwód przedstawiony na schemacie.

Następnie należy wykonać około 10 pomiarów napięcia i prądu. Korzystając ze wzorów regresji liniowej na parametry prostej (b=lnI_o,
) wyznaczamy I_o i 

Wielkość przerwy energetycznej wyznaczamy z zależności napięcia polaryzacji złącza od temperatury przy stałym natężeniu prądu. Napięcie polaryzacji złącza ma postać:

W zakresie temperatur 273K < T < 373K, w jakim będzie wykonany pomiar i przy stałym natężeniu prądu,
, czyli wówczas napięcie U jest w przybliżeniu liniową funkcją temperatury. Zależność tę wyznaczamy za pomocą układu przedstawionego na schemacie.

II. Tabele i obliczenia.

1. wyznaczenie I_o oraz 

Dioda Si				Dioda Ge
Lp.	U [V]	I [mA]	lnI	U [V]	I [mA]	lnI
1.	0,3	0,01	-4,6	0,6	2,71	1,0
2.	0,4	0,03	-3,5	0,7	3,67	1,3
3.	0,5	0,18	-1,7	0,8	4,75	1,6
4.	0,55	0,53	-0,6	0,9	5,91	1,8
5.	0,6	1,48	0,4	1	7,15	2,0
6.	0,65	3,83	1,3	1,05	7,82	2,1
7.	0,7	9,03	2,2	1,1	8,49	2,1
8.	0,73	14,75	2,7	1,2	9,9	2,3
9.	0,75	20,07	3,0	1,3	11,43	2,4
10.	0,765	25,4	3,2	1,4	12,97	2,6
11.	0,8	42,1	3,7	1,5	14,6	2,7

f(x)=ax+b,
, b=lnI_o

Oczytujemy dane z wykresu:

Dioda	a	b	Io[mA]	
Si	17,6 0,4	-10,2 0,2	0,000037	2,2
Ge	1,8 0,1	0,06 0,1	1,06	22,0

,

q=1, 6*10^-19 [C], k=1,38*10^-23 [J/K], T=293 [K]

Bląd

dla diody krzemowej:

dla diody germanowej:

2. wyznaczenie przerwy energetycznej E_g

Lp.	T [^oC]	T [K]	USi [V]	UGe[V]	Uwagi
1.	25	298	0,676	0,901	I=6[mA]
2.	30	303	0,671	0,888
3.	35	308	0,663	0,881
4.	40	313	0,655	0,872
5.	45	318	0,646	0,863
6.	50	323	0,638	0,853
7.	55	328	0,628	0,839
8.	60	333	0,619	0,827
9.	65	338	0,607	0,814
10.	70	343	0,598	0,802

, f(x)=ax+b,

Dla T=0 odczytujemy b z wykresy( E_g=b):

Dioda	Eg[eV]
Si	1,21
Ge	1,54

III. Wykresy (dołączone na osobnych kartkach).

IV. Wnioski.

....................................................................................................................................................................

1

1

---