Wstęp:

Wyrażenie „półprzewodnik" zawiera w sobie definicję, z której wynika, że dany materiał charakteryzuje się przewodnością elektryczną niniejszą niż metal, ale większą niż izolator. Półprzewodniki należą do ciał stałych o wiązaniu kowa­lencyjnym. Podstawową grupą ciał, z której otrzymuje się materiał półprzewo­dnikowy, są pierwiastki z czwartej grupy układu okresowego, szczególnie ger­man i krzem. Ciała stałe charakteryzują się nie tylko uporządkowaną strukturą przestrzenną w rozkładzie atomów, ale i określoną zależnością energetyczną między elektronami ciała jako całości. W ciele stałym odległości pomiędzy atomami są tak małe, że oddziaływanie wzajemne ich pól powoduje rozszcze­pienie każdego poziomu elektronowego w atomie na tyle podpoziomów, ile jest oddziałujących ze sobą atomów. W związku z tym, zamiast układu oddzielnych poziomów energetycz­nych pojedynczego ato­mu otrzymuje się w ciele stałym układ pasm. Pas­ma, w których mogą znajdować się elektrony, są przedzielone pasmami energii, których elektro­ny nie mogą zajmować. Pasmo energetyczne cia­ła stałego, w którym na podpoziomach są roz­mieszczone zgodnie z wartościami liczb kwantowych elektrony walencyjne, nazywa się

pasmem podstawowym. Nad pasmem podstawo­wym znajduje się pasmo

przewodnictwa. Oba te pasma są oddzielone od siebie strefą energetyczną nie­dozwoloną dla elektronów, zwaną pasmem wzbronionym. 'Model rozkładu tych pasm przedstawia rysunek:

pasmo

przewodnictwa

pasmo wzbronione

pasmo podstawowe

W temperaturze zera bezwzględnego wszystkie podpoziomy w paśmie podstawowym są zajęte przez elektrony, natomiast w paśmie przewodnictwa : wszystkie podpoziomy są puste (nie ma nośników prądu). Taka sytuacja występuje w idealnym izolatorze. W temperaturach pokojowych istnieje różne od zera prawdopodobieństwo tego, że pewna liczba elektronów z pasma podsta­wowego dysponuje energią wystarczającą na przejście do pasma przewodnictwa. Elektrony, które przeszły do pasma przewodnictwa, stają się nośnikami prądu.

W paśmie podstawowym po elek­tronach, które przeszły do pasma prze­wodnictwa, powstały wolne miejsca zwane dziurami. Elektrony, które znaj­dują się w paśmie przewodnictwa są odpowiedzialne za przewodnictwo typu h, natomiast powstałe dziury w paśmie podstawowym są odpowiedzialne za przewodnictwo typu p danego półprzewodnika. W półprzewodnikach samoistnych (chemicznie „prawie" czystych) każdemu przejściu elektronu z pasma podstawowego do pasma przewodni­ctwa towarzyszy powstanie dziury w paśmie podstawowym. Proces ten nazywa się generacją pary elektron dziura. Czynnikiem sprzyjającym temu procesowi jest ciepło, stąd nazwa tego zjawiska - generacja termiczna. Jeżeli na taki półprzewodnik nie działa zewnętrzne pole, to po tzw. czasie życia elektron powraca do pasma podstawo­wego, w którym jego energia potencjalna jest mniejsza. Proces ten nazywa się rekombinacją pary elektron-dziura. Oba te zjawiska przedstawia rysunek:

W dowolnej temperaturze ustala się równowaga termodynamiczna między liczbą generowanych par a liczbą rekombinujących par. O liczbie nośników ładunku w półprzewodniku decyduje ich koncentracja.

Koncentracja nośników ładunku w półprzewodniku zależy od:

- funkcji określającej gęstość rozmieszczenia poziomów energetycznych moż­liwych do obsadzenia nośnikami w danym paśmie,

- funkcji Fermiego-Diraca określającej prawdopodobieństwo obsadzenia

przez nośniki prądu poziomu energetycznego w danym paśmie.

Funkcja Fermiego-Diraca ma następującą postać:

gdzie:

E − energia poziomu, który ma być zajęty przez nośnik w danym paśmie,

E_F − energia poziomu Fermiego,

k − stała Boltzmana,

T − temperatura, w której znajduje się półprzewodnik.

Funkcja ta dla przypadku, gdy E = E_F przyjmuje postać:

Zestawienie pomiarów:

Dioda w kierunku przewodzenia. Dioda w kierunku zaporowym.

Up [V]		Ip [mA]		R [Ω]		ΔR
0		0		0		0
0,02		0,02		100		75
0,04		0,06		72,7		24,7
0,06		0,12		52,1		10,9
0,08		0,22		36,3		5,3
0,1		0,42		23,8		3,5
0,12		0,68		17,6		1,9
0,14		1,4		10		4
0,16		1,7		9,41		3,36
0,18		2,4		7,50		1,98
0,2		3,8		5,26		0,96
0,22		7		3,14		1,04
0,24		8,5		2,82		0,78
0,26		12,5		2,08		0,41
0,28		18,5		1,51		0,22
0,3		36		0,83		0,26
0,32		52		0,62		0,14
0,34		74		0,46		0,08
0,36		80		0,45		0,07
0,38		110		0,35		0,04
0,4		140		0,29		0,03
0,42		180		0,23		0,02
Uz [V]		Iz [mA]		R [Ω]		ΔR
0		0		0		0
1		2		50000		1000
2		8		25000		500
3		24		12500		433
4		42		9523		376
5		60		8345		333
6		72		8336		328
7		84		8333		318
8		98		8163		314
9		110		8181		309
10		120		8333		316
11		140		7857		302
12		150		8000		311
13		160		8125		312
14		170		8235		320
15		180		8333		326
16		190		8421		356
17		200		8500		365
18		220		8181		325
19		230		8260		335
20		240		8333		336

Dioda dwupołówkowa „Gröetza” Dioda jednopołówkowa

U [V]	I [mA]	R [Ω]	ΔR
0	0	0	0
6	0,12	50	16,6
12	0,24	50	8,3
18	0,3	60	7,3
24	0,44	54,55	4,7
30	0,6	50	3,3
36	0,72	50	2,7
U [V]	I [mA]	R [Ω]	ΔR
0	0	0	0
2	0,05	40	24
4	0,125	32	9,2
6	0,25	24	4,4
8	0,3	26,67	5,11
10	0,38	26,32	4
12	0,48	25	3,1
14	0,54	25,93	2,81
16	0,64	25	2,3
18	0,7	25,71	2,16
20	0,78	25,64	1,94
22	0,84	26,19	1,81
24	0,94	25,53	1,61
26	1	26	3,6
28	1,1	25,45	3,22
30	1,2	25	2,9
32	1,3	24,62	2,66
34	1,4	24,29	2,45
36	1,5	24	2,2

Obliczenia:

Rachunek błędu:

Wyniki obliczeń zestawione w tabelce powyżej.

3

---