Tadeusz Wach

Maksymilian Chirek

Grupa 1 Para 5

ĆWICZENIE ???

TEMAT: Wyznaczenie charakterystyki diody półprzewodnikowej.

1. Teoria oraz wzory do obliczania wyznaczanych wartości.

W półprzewodnikach struktura krystaliczna jest uwarunkowana przez wiązania kowalencyjne - atomowe. Polega na uwspólnieniu dwóch elektronów walencyjnych, z których każdy pochodzi od innego atomu i utworzeniu między tymi atomami jednej, dwóch względnie trzech par elektronów wiążących. Elektrony te umiejscowione są między tymi atomami, od których pochodzą i dlatego mówi się, że są one zlokalizowane. W związku z tym przewodnictwo właściwe półprzewodników jest zawsze mniejsze od 10⁷ Ω^-1*m^-1 i rośnie wraz z temperaturą według wzoru:

Gdzie:

δ₀ - przewodnictwo właściwe w temperaturze odniesienia,

ΔE₀ - szerokość energetyczna strefy wzbronionej,

T - temperatura pomiaru,

K - stała Boltzmanna; k=1,38*10^-23 J/K

Ciała stałe charakteryzują się nie tylko uporządkowaną strukturą przestrzenną w rozmieszczeniu atomów, ale także określoną zależnością energetyczną między elektronami ciała jako całości. W ciele stałym odległość pomiędzy atomami są tak małe, że oddziaływania wzajemne ich pól powodują rozszczepienie każdego poziomu elektronowego elektronów walencyjnych na tyle podpoziomów, ile jest oddziałujących ze sobą elektronów.

W temperaturach różnych od zera bezwzględnego, pewna ilość elektronów gromadzi tyle energii, że może przejść do pasma przewodnictwa. Elektrony, które znalazły się w pasmie przewodnictwa, mogą uczestniczyć w przewodzeniu prądu. Na skutek ubytku elektronów z pasma podstawowego powstają w nim wolne miejsca po elektronach, które charakteryzują się ładunkiem dodatnim, równym co do bezwzględnej wartości ładunkowi elektronu nazywane dziurami. Powstałe dziury są również nośnikami ładunku, ale w paśmie podstawowym i mogą uczestniczyć w przewodzeniu prądu. Ogólnie można stwierdzić, że każdemu przejściu elektronu z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa w półprzewodnikach samoistnych towarzyszy powstawanie dziury w paśmie podstawowym. Proces ten nazywa się generacją par elektron - dziura.

Swobodne nośniki prądu w półprzewodnikach tzn. elektrony w paśmie przewodnictwa i dziury w paśmie podstawowym mogą poruszać się pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego.

Złączem p-n nazywa się obszar półprzewodnika, w której można wyróżnić dwa sąsiadujące obszary p i n. Na granicy styku powstaje warstwa przejściowa grubości kilku mikrometrów, charakteryzujące się dużym gradientem koncentracji nośników. Elektrony w części n półprzewodnika mają większą energię niż dziury w części p półprzewodnika, które znajdują się w paśmie podstawowym. W wyniku różnicy tej energii będzie zachodzić transport elektronów z obszaru n do obszaru p, dziury zaś z obszaru p do n.

W wyniku dyfuzji w otoczeniu złącza tworzy się ładunek przestrzenny: po stronie p - ujemny, a po stronie n - dodatni. W ten sposób następuje usunięcie ruchomych nośników prądu w warstwie L i utworzenie po obu stronach złącza podwójnej warstw zjonizowanych atomów domieszek. Ta dipolowa warstwa ładunku przestrzennego na złączu p-n nazywa się warstwą zaporową.

Dioda półprzewodnikowa. Wielkość różnicy potencjałów na złączu p-n jest rzędu 0,1 V i stanowi barierę nie do przejścia dla nośników prądu w temperaturze pokojowej. Warstwa zaporowa stanowi zatem bardzo duży opór dla nośników prądu. Na wartość oporności warstwy zaporowej decydujący wpływ ma zewnętrzne pole elektryczne. Jeżeli przyłożone z zewnątrz pole elektryczne ma zwrot przeciwny do pola wewnętrznego to na złączu będzie działać wypadkowe pole elektryczne, równe różnicy natężeń obu pól, lecz o zwrocie pola większego.

Zmianom koncentracji nośników towarzyszą odpowiednie zmiany natężenia prądu. Natężenie prądu w przypadku napięcia zewnętrznego (polaryzacja w kierunku przewodzenia) rośnie wykładniczo ze wzrostem tego napięcia. Oporność warstwy zaporowej w zależności od kierunku polaryzacji złącza p-n zmienia się średnio ok.1000 razy. Właściwość ta jest wykorzystywana podczas stosowania złącz p-n jako prostowników prądu zmiennego.

2. Tabela do zestawienia wyników.

Up [V]

Ip [mA]

Uz [V]

Iż [μA]

---