1995/1996	LABORATORIUM Z FIZYKI
ĆW. NR 23	TEMAT: CHARAKTERYSTYKA STYKU MIĘDZY METALEM A PÓŁPRZEWODNIKIEM TYPY N
WYDZ. ELEKT KIER. E.L. i T. GRUPA 2. 1. 2.	NAZWISKO I IMIĘ : HARMUSZKIEWICZ ADAM
DATA WYKON.	OCENA		DATA ZALICZ.	PODPIS
13.11.1995	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. Jeśli zewnętrzne pole elektryczne skierowane jest od metalu (+) do półprzewodnika (-), w kierunku przewodzenia, powoduje to zmniejszenie bariery potencjału, czyli powiększenie przewodności złącza. W kierunku tym może płynąć stosunkowo 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 przyłożono zewnętrzne napięcie w kierunku przewodzenia i zaporowym, oraz właściwości prostujących złącza podłączonego do napięcia przemiennego.

2. UKŁAD POMIAROWY.

a. Wyznaczanie charakterystyki nap.-pr. złącza metal- płprzewodnik typu N :

b. Zastosowanie styku metal - półprzewodnik jako prostownika prądu przemiennego :

- z prostownikiem jednopółkowym

- z prostownikiem dwupołówkowym ( 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: 25 A; 0,1 mA; 1 mA; 5 mA; 25 mA; 100 mA; 500 mA

4. TABELE POMIAROWE.

Tabela 1 - dla kierunku przewodzenia
Lp.	U			ΔU					zakres				I					ΔI							R				ΔR									lnR
	[V]			[V]		%		dz.	[mA]				[mA]					[mA]				%			[kW]				[kW]				%					[W]
1	0,2			0,011		5,30		1	0,025				0,0005					0,000375				75			400				321				80,30					12,90
2	0,28			0,011		3,87		6	0,025				0,003					0,000375				12,50			93,33				15,28				16,37					11,44
3	0,33			0,011		3,33		21	0,025				0,0105					0,000375				3,57			31,43				2,17				6,90					10,36
4	0,36			0,011		3,08		43	0,025				0,0215					0,000375				1,74			16,74				0,81				4,82					9,73
5	0,4			0,011		2,80		31	0,1				0,062					0,0015				2,42			6,45				0,34				5,22					8,77
6	0,41			0,011		2,74		42	0,1				0,084					0,0015				1,79			4,88				0,22				4,52					8,49
7	0,52			0,012		2,22		27	5				2,7					0,075				2,78			0,193				0,01				5,00					5,26
8	0,53			0,012		2,19		36	5				3,6					0,075				2,08			0,147				0,006				4,27					4,99
9	0,55			0,012		2,12		45	5				4,5					0,075				1,67			0,122				0,005				3,78					4,81
10	0,56			0,012		2,09		27	25				13,5					0,375				2,78			0,0415				0,002				4,86					3,73
11	0,6			0,012		1,97		33	25				16,5					0,375				2,27			0,0364				0,002				4,24					3,59
12	0,62			0,012		1,91		38	25				19					0,375				1,97			0,0326				0,001				3,89					3,49
13	0,63			0,012		1,89		44	25				22					0,375				1,70			0,0286				0,001				3,59					3,35
14	0,65			0,012		1,84		18	100				36					1,5				4,17			0,0181				0,001				6,01					2,89
15	0,66			0,012		1,82		20	100				40					1,5				3,75			0,0165				0,0009				5,57					2,80
16	0,66			0,012		1,82		22	100				44					1,5				3,41			0,0150				0,0008				5,22					2,71
17	0,67			0,012		1,79		24	100				48					1,5				3,13			0,0140				0,0007				4,92					2,64
18	0,67			0,012		1,79		26	100				52					1,5				2,88			0,0129				0,0006				4,68					2,56
19	0,67			0,012		1,79		28	100				56					1,5				2,68			0,0120				0,0005				4,47					2,48
20	0,7			0,012		1,73		49	100				98					1,5				1,53			0,00714				0,0002				3,26					1,97
21	0,72			0,012		1,69		16	500				160					7,5				4,69			0,00450				0,0003				6,38					1,50
22	0,73			0,012		1,67		21	500				210					7,5				3,57			0,00348				0,0002				5,24					1,25
23	0,74			0,012		1,65		26	500				260					7,5				2,88			0,00285				0,0001				4,54					1,05
24	0,75			0,012		1,63		30	500				300					7,5				2,50			0,00250				0,0001				4,13					0,92
25	0,75			0,012		1,63		36	500				360					7,5				2,08			0,00208				0,00008				3,72					0,73
26	0,76			0,012		1,62		40	500				400					7,5				1,88			0,00190				0,00007				3,49					0,64
27	0,76			0,012		1,62		46	500				460					7,5				1,63			0,00165				0,00005				3,25					0,50
28	0,77			0,012		1,60		50	500				500					7,5				1,50			0,00154				0,00005				3,10					0,43
29	0,77			0,012		1,60		55	500				550					7,5				1,36			0,00140				0,00004				2,96					0,34
Tabela 2 - dla kierunku zaporowego
Lp.	U			ΔU						zakres				I			ΔI									R				ΔR									lnR
	[V]			[V]		%		dz.		[mA]				[mA]			[mA]				%					[MW]				[MW]				%					[W]
1	5			0,025		0,50		1		25				0,5			0,375				75,00					10				7,55				75,50					16,12
2	10			0,040		0,40		2		25				1			0,375				37,50					10				3,79					37,90				16,12
3	15			0,055		0,37		3		25				1,5			0,375				25,00					10				2,54					25,37				16,12
4	20			0,070		0,35		4		25				2			0,375				18,75					10				1,91					19,10				16,12
5	25			0,085		0,34		5		25				2,5			0,375				15,00					10				1,53					15,34				16,12
6	30			0,100		0,33		6		25				3			0,375				12,50					10				1,28					12,83				16,12

5. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA

pomiar 10:

- napięcie odczytane z miernika: 0.56 V

błąd (obliczany wg. zasady: 0,3% + wartość jednej cyfry):

0.011680 0.012 V

U = 0.56 ± 0.012 V

- prąd mierzony przy zakresie: 25 mA , 27 działek: 13,5 mA

klasa miernika: 1,5;

błąd :

0,375 0,4m A

I = 13,5 0,4 mA

- opór

R = 0.56 V / 0.0135 A = 41.5 Ω

błąd oporu obliczony metodą różniczki logarytmicznej:

R = (41.5 2)

6. PRZEBIEGI Z OSCYLOGRAFU.

a. Prąd przemienny z zasilacza:

b. Prąd przemienny wyprostowany jednopołówkowo:

c. Prąd przemienny wyprostowany dwupołówkowo:

7. UWAGI I WNIOSKI

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

Błąd wielkości złożonej - oporu - został obliczony metodą różniczki 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 . W celu poprawienia czytelności zamieszczone zostały oddzielne wykresy dla kierunku przewodzenia i kierunku zaporowego.

Z tego samego powodu nie zostały też naniesione błędy na wykresy.

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.

2 Adam Harmuszkiewicz. Opracowanie doświadczenia 1995/1996 .

Adam Harmuszkiewicz..

---