Instytut Fizyki Fizyka Przyrządów Półprzewodnikowych		Ćwiczenie nr 2 Pomiar charakterystyk I-V-T złącza P-N
Wydział Elektroniki / Rok 2009/2010	Grupa 1	Środa 13:15 / A 07.04.2010	Ocena

1. Cel ćwiczenia:

Pomiar charakterystyk prądowo-napięciowych diody krzemowej w kilku różnych temperaturach. Obliczenie wartości przerwy wzbronionej krzemu.

2. Opis ćwiczenia:

Naszym zadaniem były pomiary charakterystyk I-U w układzie przedstawionym poniżej:

Źródło energii
Amperomierz suwakowy

Woltomierz suwakowy
Dioda z grzejnikiem

Niepewności pomiarowe:

Niepewności pomiarów napięcia i natężenia na zakresach 2V i 200 mA:

ΔU=±(0,0005 x U_x + 3 x 0,1)mV

ΔI=±(0,0005 x I_x + 3 x 0,01)mA.

3. Wykaz przyrządów:

- regulator temperatury o zakresie regulacji od 0⁰C
do 100⁰C,

-skrzynka pomiarowa, w której znajduje się badana dioda półprzewodnikowa wraz z grzejnikiem,

- multimetry METEX wyposażone w wyjście RS232

- komputer służący do rejestracji i wizualizacji danych pomiarowych.

5. Obliczenia:

• Wyprowadzenia jednostek:

T=[K]

V_bi=[V]

b= [A]

q=[C]=[A*s]

k_B= [eV/K]

T=[K]

a=[A/V]=[Si]

Eg=[eV]

n=bezwymiarowe

Wyznaczone z przecięcia prostych z osią wysokości potencjału :

T [st.C]	V [V]
25	0,693
30	0,689
35	0,681
40	0,675
45	0,668
50	0,663
55	0,655
60	0,650

Wyznaczamy temperaturowy współczynnik :

dV/dT = -0,0013

Ponieważ dla napięć takich, że
można we wzorze
pominąć 1, wówczas:

Wyznaczamy wartości prądów nasycenia I₀

ln I	I [A]
-17,845	1,7783x10-8
-17,712	2,0313x10-8
-17,563	2,3577x10-8
-16,971	4,2618x10-8
-16,823	4,9416x10-8
-16,578	6,3134x10-8
-16,079	1,0399x10-7
-15,896	1,2487x10-7

Obliczamy wartość przerwy wzbronionej E_g krzemu wykorzystując wzór nr (1):

gdzie C =const. (1)

Dzieląc równanie (1) obustronnie przez T² a następnie logarytmując jego obie strony, otrzymujemy: [Author ID1: at Sun Mar 14 21:33:00 2010 ][Author ID1: at Sun Mar 14 21:33:00 2010 ]
[Author ID1: at Sun Mar 14 21:33:00 2010 ]

, stąd E_g = 2ak.

Z powyższych obliczeń otrzymujemy wartość przerwy wzbronionej krzemu:

E
= 2 * (-5243,7) * 1,3806505(24) * 10
= 1,447943 * 10
[J] = 0,903734 [eV]

6. Wnioski:

Na podstawie wykresu I - V w różnych temperaturach można stwierdzić że energia wzbroniona rośnie wraz ze zwiększaniem temperatury. Z zależności F(T) = V możemy wyznaczyć współczynnik temperaturowy. Charakterystyka ln I = F(V) posłużyła nam do obliczenia prądów nasycenia dla poszczególnych temperatur. Jak widać rosną one wraz ze wzrostem temperatury. Dzięki wykresowi
, który aproksymowaliśmy linią prostą, łatwo widzimy jak w kolejny sposób można wyznaczyć energię wzbronioną krzemu, z którego została wykonana dioda.

---