Fizyka Przyrządów Półprzewodnikowych

Sprawozdanie ćw. 5

Instytut Fizyki PWR Laboratorium Fizyka 3.3	Ćwiczenie nr 5: „FoTODIODA”
	Śr. 10:15-13:00 data 21.03.12

Ćwiczenie 1.

y  =  193, 7x  −  74, 74 - równanie prostej aproksymacji.

Odczytuje współczynnik kierunkowy prostej , powstałej w wyniku aproksymacji punktów:

$$a = 193,7\frac{\text{mA}}{V} = 0,1937\frac{A}{V} \approx 0,19\frac{1}{\mathrm{\Omega}}$$

Obliczam oporność szeregową :

$\mathbf{R}_{\mathbf{s}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{19}}\mathbf{= 5,2631}\mathbf{\mathrm{\Omega}}\mathbf{\ }\mathbf{\approx}\mathbf{5,27}\mathbf{\mathrm{\Omega}}$

Niepewność pomiaru obliczymy z różniczki:

a = reglip

$$R_{s} = \frac{- 1}{a^{2}}*a = \frac{- 1}{0,0361}*\ \ \ \ = \ $$

R_s = 5, 2631 ∓      ≈

Wystarczy wstawić delata a i policzyć, nie mam Excela do tego wykresu, pamiętaj o zmianie w tabelce

Na podstawie równania opisującego prostą aproksymacji wyliczam wysokość bariery potencjału. Wysokość bariery potencjału V_bi jest przecięciem osi napięcia z przedłużeniem prostej najlepiej dopasowanej do charakterystyki w zakresie dużych napięć. Wystarczy więc znaleźć dla którego funkcja opisująca prostą przyjmuje wartość 0.

y  =  193, 7x  −  74, 74  = > 0 = 193, 7x − 74, 74   = > x = 0, 67

$V_{\text{bi}} = \frac{- b}{a}$

V_bi = 0, 67V 

Błędy współczynników prostej aproksymującej

Δa= 15,134367≈15,2

Δb= 6,561702≈6,6

Niepewność pomiaru:

$V_{\text{bi}} = \frac{\partial f}{\partial a}a + \frac{\partial f}{\partial b}b = \frac{- 74,8}{37520}*15,2 + \frac{- 1}{193,7}*6,6 = - 0,036 - 0,034 = \ - 0,07$

V_bi = 0, 67V

Przeklamany wynik jest?! Co z tym zrobić? Policz sobie –b/a, jak ci wyszlo 0,67??

Ćwiczenie 2.

V_bi = 0, 67V

Wyliczona bariera potencjału wskazuję, iż badanym półprzewodnikiem jest krzem.

Tak to ma być??

Ćwiczenie 3.

Prąd zwarcia oraz napięcie rozwarcia obliczamy z odpowiednich linii trendu. Prąd zwarcia obliczamy wyznaczając miejsce przecięcia wykresu z osią Y, natomiast napięcie rozwarcia obliczamy wyznaczając miejsce przecięcia wykresu z osią X. (Dla zachowania przejrzystości wykresu, pokazane zostały tylko dwie linie trendu, reszta została ukryta).

• Przecięcie wykresu z osią Y (wyraz wolny funkcji)

• Przecięcie wykresu z osią X – rozwiązanie równania:

0 = 0, 0024x − 1, 0626

x =   − 0, 16 mA

	6mA	12mA	18mA	25mA	37mA
Prąd zwarcia [mA]	-0,02	-0,045	-0,07	-0,1	-0,16
Napięcie rozwarcia [mV]	352	397,5	408,86	441	444

Ćwiczenie 4.

ΔV obliczymy biorąc napięcie V=0,47V dla największej wartości natężenia prądu I₀ =-1,6 oraz napięcia V_o dla którego linia aproksymująca dane przyjmuje tą wartość

$$Vo = \frac{34,4*0,47 + 16,8}{34,4} = 0,96\ czyli\ \Delta V = 0,5 - 0,47 = 0,49V$$

Podstawiając do wzoru na RS mamy:

$$Rs = \frac{0,49}{0,16} \approx 4,24\Omega$$

Tu jest cos nie tak, nie pamiętam co a nie napisala + niepewnosc

W obliczeniach przyjęta została stała wartość δI  = 0, 01mA. Odpowiednie punkty

(([V(I_sc+δI), I_sc+δI]) zostały naniesione na wykres, następnie została poprowadzona prosta łącząca owe punkty.

Z równania prostej wynika, iż:

a = 0, 0088

a = 0, 00095

Podstawiając dane do wzoru otrzymujemy oporność szeregową:

$$R_{s} = \left| \frac{1}{a} \right| = \left| \frac{1}{0,0088} \right| = 113,636m\mathrm{\Omega} = 1,136\mathrm{\Omega}\ $$

Błąd pomiaru:

$R_{s} = \frac{\partial f}{\partial a}*a = \frac{- 1}{0,00007744}*0,00095 = 12,27m\mathrm{\Omega} = 0,123\mathrm{\Omega}$

R_s = 1, 136Ω ∓ 0, 12Ω = 1, 2Ω

1. Zestawienie obliczonych oporności szeregowych:

Fotodioda nieoświetlona	Charakterystyka ln(I) = f(V)	Charakterystyka prądowo napięciowa
2, 04Ω	1, 57Ω	1, 2Ω

Ćwiczenie 5.

Prawo odwrotnych kwadratów jest spełnione, ponieważ na powyższym wykresie widać liniową zależność natężenia fotoprądu od kwadratu odwrotności odległości.

Wnioski.

Nasze pomiary potwierdzają prawdziwość zasady odwrotnych kwadratów – natężenie prądu

zwarcia na fotodiodzie jest proporcjonalna do odwrotności kwadratu odległości od źródła

światła – a więc proporcjonalna do natężenia światła.

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń dostrzegamy duże rozbieżności pomiędzy

wartościami Rs. Rozbieżności te mogą być spowodowane niedokładnie wykonanymi pomiarami.

Wyliczona wartość energii wzbronionej jest najbliższa przerwie wzbronionej krzemu, dlatego wnioskuję, iż badana fotodioda zbudowana jest właśnie z krzemu.

Niepewności pomiarowe:

	Prąd	Napięcie
Klasa	±0,15%±10dgt	±0,03%±2dgt
Przykładowe wielkości wraz z błędami	5±0,075mA	-3,2±0,02V