LAB7 4, Tabela


Tabela

200

11.04.95

Maciej Walczak

Wydział

Elektryczny

Semestr II

Grupa E-1

mgr Barbara Perska

Temat: Wyznaczanie bariery potencjału na złączu PN

Dioda p-n jest jednym z najpowszechniej stosowanych elementów elektronicznych. Ze względu na asymetryczną charakterystykę prądowo-napięciową najczęściej stosuje się diodę jako element prostowniczy. Diodę stanowią dwa zetknięte ze sobą półprzewodniki, z których jeden jest typu p, a drugi typu n. Na rysunku 200.1 przedstawiony jest schemat energetyczny obu rodzajów półprzewodników.

Gdy oba półprzewodniki doprowadzimy do ścisłego kontaktu, następuje przepływ elektronów do części p oraz dziur do części n w wyniku procesu termoemisji. Ta wymiana nośników ustaje, gdy ustanie gdy wyrównają się poziomy Fermiego i między obu częściami diody wytworzy się różnica potencjałów ϕ . Schemat energetyczny diody przedstawia rys.200.2. Obszarem złącza jest obszar gdzie, pasma nie są płaskie, i w którym koncentracja elektronów jest mniejsza niż w części n, a dziur - mniejsza niż w części p. Na rysunku zaznaczono koncentrację nośników w obu obszarach - N oznacza koncentrację elektronów, P - koncentrację dziur, a indeksy n i p wskazują, do którego obszaru dana koncentracja się odnosi. Widoczne jest że w obszarze złącza jest mało nośników, więc obszar ten stanowi utrudnienie dla przepływu prądu. Miarą tego utrudnienia jest różnica potencjałów na złączu. Zwróćmy uwagę, że złącze stanowi barierę zarówno dla elektronów poruszających się w prawo, jak i dla dziur poruszających się w lewo, ponieważ energia elektronów rośnie do góry, natomiast dziur (ładunków dodatnich ) wzrasta w kierunku dołu. Zatem dla rodzajów obu nośników przejście przez złącze związane jest z wykonaniem pracy eϕ.

Przedstawiona sytuacja dotyczy nośników większościowych, tzn. elektronów z obszaru n i dziur z obszaru p. Natomiast dla nośników mniejszościowych, czyli elektronów z obszaru p i dziur z obszaru n, bariera nie stanowi przeszkody, ponieważ ich ruch odbywa się w kierunku mniejszej energii (elektrony w lewo dziury w prawo ). Bariera potencjału na złączu może być zwiększona lub zmniejszona przez przyłożenie do diody napięcia V ze źródła zewnętrznego. Wynosi ona wtedy

(200.1)

gdzie znak „+” odnosi się do przypadku, gdy do części jest przyłożony biegun ujemny źródła - mówimy wtedy, że dioda jest spolaryzowana zaporowo. W przeciwnym przypadku mówimy o polaryzacji diody w kierunku przewodzenia.

W diodzie p-n występują dwie przyczyny ukierunkowanego ruchu nośników:

1) dążenie do znaleźnienia się w obszarze najniższej energii potencjalnej oraz

2) dążenie do wyrównania koncentracji, czyli dyfuzji nośników

Mechanizm pierwszej powoduje ruch elektronów z obszaru p do obszaru n oraz dziur z obszaru n do obszaru p. Suma tych nośników tworzy prąd nasycenia Is

(200.2)

który zależy od koncentracji Np i Pn nośników mniejszościowych, a nie zależy od przyłożonego napięcia.

Koncentracja nośników zależy wykładniczo od położenia pasma względem poziomu Fermiego EF . Jak wynika z rysunku 200.2, różnica energii między pasmem przewodnictwa części p i poziomem Fermiego EF wynosi (EW - EF ) + eϕ . Koncentracja elektronów określona jest wzorem

(200.3)

gdzie NC jest w przybliżeniu wielkością stałą, zwaną efektywną wielkością stanów.

Gdy złącze jest symetryczne, koncentracja dziur Pn ma taką samą wartość, tzn. Pn = Np .

Proporcjonalność natężenia prądu nasycenia do koncentracji nośników mniejszościowych możemy zatem wyrazić równaniem

(200.4)

w którym stała C zawiera efektywną gęstość stanów, ruchliwość nośników oraz powierzchnię złącza.

Dyfuzja w złączu p-n polega na takim ruchu nośników, który prowadzi do zmniejszenia różnicy koncentracji zarówno elektronów jak i dziur po obu stronach złącza. Prąd związany z tym ruchem nazywa się prądem dyfuzji Id i składa się z prądu elektronowego i dziurowego

(200.5)

Prąd dyfuzji ma kierunek przeciwny do kierunku prądu nasycenia, stąd wypadkowy prąd płynący przez złącze p-n jest różnicą obu prądów

, (200.6)

Prąd dyfuzji elektronów jest proporcjonalny do różnicy koncentracji elektronów, czyli do (Nn - Np) oraz do prawdopodobieństwa pokonania bariery potencjału Pϕ .

(200.7)

Pomiary i obliczenia

Dokładność pomiarów:

T = ± 1oC

U = ± 1 mV

I = ± 1 μA

Tabela pomiarowa:

Tabela pomiarowa wraz z obliczonym ln I

T = 1oC

T = 27oC

T = 46 oC

Lp.

U

I

ln I

U

I

ln I

U

I

ln I

[mV]

[μA]

-

[mV]

[μA]

-

[mV]

[μA]

-

1

295

100

-9.21

269

100

-9.21

251

100

-9.21

2

283

95

-9.26

258

95

-9.26

241

95

-9.26

3

272

90

-9.32

248

90

-9.32

232

90

-9.32

4

260

85

-9.37

238

85

-9.37

222

85

-9.37

5

249

80

-9.43

227

80

-9.43

213

80

-9.43

6

237

75

-9.50

216

75

-9.50

200

75

-9.50

7

225

70

-9.57

203

70

-9.57

190

70

-9.57

8

211

65

-9.64

192

65

-9.64

179

65

-9.64

9

199

60

-9.72

181

60

-9.72

168

60

-9.72

10

186

55

-9.81

167

55

-9.81

156

55

-9.81

11

172

50

-9.90

156

50

-9.90

144

50

-9.90

12

157

45

-10.01

141

45

-10.01

131

45

-10.01

13

143

40

-10.13

129

40

-10.13

119

40

-10.13

14

126

35

-10.26

114

35

-10.26

105

35

-10.26

15

111

30

-10.41

99

30

-10.41

92

30

-10.41

16

95

25

-10.60

84

25

-10.60

78

25

-10.60

17

77

20

-10.82

68

20

-10.82

65

20

-10.82

18

59

15

-11.11

52

15

-11.11

48

15

-11.11

19

42

10

-11.51

35

10

-11.51

33

10

-11.51

20

21

5

-12.21

18

5

-12.21

19

5

-12.21

21

0

0

-

0

0

-

0

0

-

Wykresy ln I = f (U)

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Z regresji liniowej obliczam wartości ln Is dla poszczególnych temperatur.

Temperatura : 1oC 27oC 46oC

ln Is = -9.286 ln Is = -9.31 ln Is = -9.239

1/T = 0.0036 1/T = 0.0033 1/T = 0.0031

0x01 graphic
Stosując regresję liniową znajduję współczynnik nachylenia prostej regresji wykresu ln Is = f(1/T).

a = -80.26

Δa = 0.036

Ze wzoru:

Obliczam wysokość bariery potenciału:

ϕ = - 6.917*10-3

Metodą różniczki zupełnej obliczam Δϕ:

Ostatecznie Bariera potenciału na złączu P - N wynosi:

ϕ = (- 6.917 ± 0.003 )[mV/stop.]



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Wyznaczanie bariery potencjału złącza p-n, LAB7, Tabela
ts lab7 tabela
Knopek WSP Kraje egzotyczne tabela
Państwa totalitarne tabela
cpp z ccfd, pocpp lab7
hecras tabela danych
2015 02 10 tabela0 1
7 Tabela elementow rozliczenio Nieznany (2)
ZKM TABELA
wyniki tabela zad7, Ochrona Środowiska, semestr V, Alternatywne źródła energii, PROJEKT 2
czesci mowy - dodatkowa tabela (1), Filologia polska II rok, fleksja i składnia
ZŁUSZCZANIACHEMICZNE tabela, kosmetologia
tabela warzywa, PRAKTYKI
Dziesiecioscian-edukacji[1] tabela porĂłwnawcza, Pedagogika
wykład V - tabela 3 - cele polityki fiskalnej, Podstawy finansów - dr Janina Kotlińska
czasownik - wazna tabela! (1), Filologia polska II rok, fleksja i składnia

więcej podobnych podstron