Mariusz Kos
L4
WICZENIE 29
Zdejmowanie charakterystyki diody póprzewodnikowej.
I. Wprowadzenie.
Póprzewodnikami nazywane s ciaa stae, dla których szeroko pasma wzbronionego nie przekracza 3 eV. Szeroko pasma wzbronionego nazywamy najmniejsz ilo energii, jak jest potrzebna, aby przenie elektron z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa.
Póprzewodniki dzielimy na:
1. Jonowe ( nonikami prdu elektrycznego s jony, nie maj wikszego zastosowania)
2. Elektronowe:
a) samoistne
b) domieszkowe .
W póprzewodnikach samoistnych przewodnictwo jest uwarunkowane przejciem elektronów z zapenionego pasma walencyjnego do pustego pasma przewodnictwa. W póprzewodnikach domieszkowych przewodnictwo jest uwarunkowane rónic elektronowych poziomów energetycznych atomów krysztau i atomów domieszki.
Przewodnictwo samoistne póprzewodników.
Mechanizm przewodzenia elektrycznoci w póprzewodnikach omówimy na przykadzie germanu. W atomie mamy 32 elektrony. 4 elektrony z powoki zewntrznej (walencyjne) tworz z elektronami ssiednich atomów wizania kowalencyjne. Szeroko pasma energii wzbronionej jest stosunkowo maa (DW=0,7eV).Wskutek oddziaywa zewntrznych niektóre z elektronów walencyjnych uzyskuj energi przekraczajc szeroko pasma energii wzbronionej i mog bra udzia w przepywie prdu elektrycznego. Przejcie elektronu z pasma zapenionego powoduje powstanie w tym pamie walencyjnych poziomów, na które mog przechodzi inne elektrony o energiach nalecych do tego pasma, a zatem przewodnictwo wewntrzpasmowe.
Przewodnictwo domieszkowe póprzewodników.
Stosuje si dwa rodzaje domieszek. Do sieci krystalicznej typowych krysztaów póprzewodnikowych wprowadza si atomy pierwiastków piciowartociowych np.: arsen (As), fosfor (P), antymon (Sb), lub trójwartociowych jak glin (Al), ind (In).
Podstawowe wasnoci póprzewodników:
1. Ekspotencjalny spadek oporu waciwego wraz ze wzrostem temperatury.
2. Duy wpyw zanieczyszcze i domieszek na opór waciwy np.: opór tlenku niklu, który w czystym stanie jest izolatorem, maleje 10 razy po dodaniu 1% litu.
3. Zmiana wasnoci elektrycznych pod wpywem temperatury (termistory), owietlenia (zastosowanie w fotoelementach), pola elektrycznego i cinienia.
4. Opór elektryczny zaley równie od tego czy sie krystaliczna póprzewodnika nie ma defektów.
Zcze p-n.
Obszar graniczny rozdzielajcy obszary o przewodnictwie dziurowym i elektronowym nazywamy zczem dziurowo-elektronowym lub zczem p-n. Na granicy póprzewodników o rónym typie przewodnictwa mamy do czynienia ze zjawiskiem dyfuzji noników adunku elektrycznego. W otoczeniu granicy póprzewodników typu n i typu p powstaje kontaktowe pole elektryczne oraz rónica potencjaów.
Pole to ma taki kierunek, e przeciwdziaa dyfuzji wikszociowych adunków przez zcze, ale umoliwia przepyw noników mniejszociowych. Przez zcze przepywaj wic 2 prdy: prd dyfuzji i prd dryfu. Przy braku zewntrznego napicia suma tych prdów jest równa zero. Gdy doprowadzimy do zcza p-n napicie zewntrzne U, obszar typu p czymy z ujemnym biegunem napicia, nastpi poszerzenie strefy adunku przestrzennego, przez zwikszenie skoku potencjau na zczu p-n do wartoci (DU+U). W tych warunkach przepywa jedynie prd wsteczny zaleny od koncentracji noników mniejszociowych. Jeli napicie przyoymy odwrotnie wówczas natenia pola zewntrznego i kontaktowego maj przeciwne zwroty. Nastpuje wówczas zmniejszenie obszaru adunku przestrzennego oraz skoku potencjau do wartoci (DU,+U), co sprzyja przepywowi noników wikszociowych przez zcze. Pynie wówczas prd przewodzenia. Posugujc si modelem pasmowym póprzewodnika mona obliczy natenie prdu cakowitego pyncego przez zcze p-n, do którego przyoone jest napicie U.
gdzie: I - prd pyncy przez diod zcze p-n .
I0 - cakowity prd mniejszociowy.
q - adunek elektronu .
T - temperatura w skali Kelwina.
II. Wykonanie wiczenia.
W celu wyznaczenia charakterystyki diody póprzewodnikowej zestawimy ukad wg. schematu:
Przy poczeniu diody w kierunku zaporowym dzielnikiem napicia zmieniamy napicie od 0 do 9 V w odstpach, co 0,5 V i odczytujemy odpowiednio natenie prdu elektrycznego wskazane przez mikroamperomierz. Nastpnie wczamy diod do obwodu w kierunku przeciwnym. Zmieniajc napicie od 0 do 0,5 V, co 0,1 V odczytujemy odpowiednie wartoci prdu. Wyniki umieszczamy w tabelce. Bd systematyczny pomiaru napicia i prdu wpywa na ksztat charakterystyki. Ocen bdu przeprowadzamy metod graficzn.
Bdy analogowych mierników wskazówkowych:
xM - warto mierzona
xR - warto rzeczywista
ZP - zakres pomiarowy w dziakach
d - najmniejsza dziaka jak mona odczyta na zakresie ZP .
Bd bezwzgldny Dx = xM -xR
Bd wzgldny 
Klasa dokadnoci 
Bd bezwzgldny 
Bd wzgldny 
Tabela
Kierunek zaporowy |
Kierunek przewodzenia |
||
U |
I |
U |
I |
[ V] |
[mA] |
[ V] |
[ mA] |
1 |
11 |
0,1 |
1,5 |
2 |
11,5 |
0,2 |
1,7 |
3 |
11,7 |
0,3 |
5,95 |
4 |
11,7 |
0,4 |
14 |
5 |
12 |
0,5 |
26,5 |
6 |
12 |
|
|
7 |
12 |
|
|
8 |
12 |
|
|
9 |
12 |
|
|
Wyszukiwarka