4.03.2012	BADANIE WŁASNOŚCI PROSTOWNICZYCH DIOD PÓŁPRZEWODNIKOWYCH	BUDOWNICTWO
11	PIOTR PUSTELNIK	ROK I SEM. 2

1. WSTĘP TEORETYCZNY:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z mechanizmem przepływu prądu w półprzewodnikach , pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych półprzewodnikowych diod prostowniczych

Ciała stałe ze względu na ich własności elektryczne można podzielić na trzy grupy: przewodniki , półprzewodniki i dielektryki (izolatory) .Do półprzewodników należą ciała , których konduktywność jest mniejsza od konduktywności dobrych przewodników , ale znacznie większa od konduktywnosci dielektryków . Do półprzewodników zaliczamy 12 pierwiastków : bor , węgiel , krzem , fosfor , siarka , german , arsen , selen , cyna , antymon , tellur , jod . Półprzewodnikami mogą być także związki podwójne ,materiały organiczne ( antracen , sześciobenzobenzen ) .Istotnym czynnikiem , który odróżnia półprzewodniki od pozostałych grup ciał stałych jest ich struktura elektronowa , z której wynikają elektryczne , optyczne i inne własności półprzewodników .W przewodnikach elektrony walencyjne tylko częściowo wypełniają pasmo albo najwyższe całkowicie obsadzone przez elektrony walencyjne pasmo nachodzi na wyżej położone pasmo puste . W dielektrykach elektrony walencyjne całkowicie wypełniają pasmo zwane pasmem walencyjnym lub podstawowym. W półprzewodniku część elektronów pasma walencyjnego może przejść do pustego pasma przewodnictwa i stać się elektronami zdolnymi do przewodzenia prądu. Aby jednak to nastąpiło, należy elektronom walencyjnym dostarczyć energii równej szerokości pasma wzbronionego. Energią potrzebną do wzbudzenia nośników prądu, zwaną też często energią aktywacji, może być np. energia fotonu padającego światła .Dzięki małej szerokości pasma wzbronionego w półprzewodniku , już w temperaturze pokojowej część elektronów walencyjnych jest przeniesiona do pasma przewodnictwa i umożliwia przepływ prądu , gdy tymczasem w dielektryku pasmo przewodnictwa w tej temperaturze jest całkowicie puste.Liczba elektronów w pasmie przewodnictwa , przypadająca na jednostkę objętości ciała , powiększa się z temperaturą ciała T zgodnie ze wzorem :

,

w którym k = 1.38*10 ^ -23 JK - stała Boltzmanna

C - stała zależna od rodzaju półprzewodnika .

Zależność koncentracji nośników od temperatury jest specyficzną właściwością półprzewodników. Rozróżniamy wśród półprzewodników nadmiarowe półprzewodniki lub typu n.

W półprzewodniku typu n możliwe jest pewne przewodnictwo dziurowe w paśmie podstawowym, w wyniku przejść pewnej liczby elektronów z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa , jak jest to w półprzewodniku samoistnym . W dowolnym typie półprzewodnika w wyniku działania siły przyłożonego pola elektrycznego , zwiększającej prędkość nośników prądu , oraz hamującego działania zjawiska rozpraszania nośników na drganiach cieplnych sieci i zjonizowanych atomach domieszek , ustala się pewna średnia wartość prędkości nośników w kierunku pola . Gęstość prądu w półprzewodnikach wyrażona jest wzorem :

,

gdzie j = gęstość prądu , e = ładunek elektronu ( ładunek elementarny ) , vn ,vp - prędkość unoszenia elektronów i dziur .

Ciekawe własności , szczególnie z punktu widzenia zastosowań technicznych , wykazują układy złożone z dwóch obszarów o różnym typie przewodnictwa w obrębie tego samego półprzewodnika , zwane złączami p-n . Złącza p-n otrzymuje się przez odpowiednie rozmieszczenie domieszek akceptorowych i donorowych w półprzewodniku . W strefie przejściowej między obszarami różnego typu przewodnictwa zachodzi mniej lub bardziej skokowa zmiana rodzaju domieszek i ich koncentracji . Na skutek gradientów koncentracji elektronów i dziur następuje dyfuzja nośników większościowych : elektronów z obszaru n do obszaru p i dziur z obszaru p do obszaru p . Przyłożenie do złącza p-n zewnętrznego napięcia zakłóca równowagę . Jeżeli napięcie zewnętrzne U jest zgodne z biegunowością bariery potencjału Ud i ją powiększa , to prąd nośników większościowych spada praktycznie do zera . Przypadek ten odpowiada kierunkowi zaporowemu . Jeżeli natomiast do obszaru p przyłożymy potencjał dodatni , a do obszaru n potencjał ujemny , to bariera potencjału ulega obniżeniu i prąd wzrasta . Odpowiada to kierunkowi przepustowemu .

2. OPIS DOŚWIADCZENIA :

Układ do pomiaru charakterystyki prądowo - napięciowej diody , czyli zależności natężenia prądu płynącego przez diodę od przyłożonego na diodę napięcia I = f ( U ) , przedstawia rysunek :

Układ składa się z zasilacza prądu stałego , multimetru do pomiaru natężenia i napięcia prądu w kierunku przepustowym i zaporowym oraz przystawek .

3.CHARAKTERYSTYKI PRĄDOWO - NAPIĘCIOWE DIOD.

TABELA POMIAROWA

Poniższe wykresy przedstawiają zależność pomiędzy napięciem , a naprężeniem w diodach w kierunku przewodzenia :

4.BŁĄD POMIARU I DYSKUSJA BŁĘDÓW :

Dla używanych mierników cyfrowych (amperomierza i woltomierza) maksymalny błąd pomiaru wynosi odpowiednio:

Błąd pomiaru napięcia:

ΔU=U·0,02

Błąd pomiaru prądu:

ΔI=I·0,03

Przykładowe obliczenia:

TABELA BŁĘDÓW POMIAROWYCH

4. WNIOSKI :

Doświadczenie polegało na wielokrotnym pomiarze natężenia. Sporządzenie wykresów było dość łatwe , ze względu na ogromną ilość pomiarów . Błędy w doświadczeniu są niewielkie . Wykresy są bardzo podobne do podawanych przez inne źródła . Niewielkie błędy wynikają z dużej dokładności mierników. Doświadczenie było przeprowadzone bardzo dokładnie i duża ilość pomiarów pozwoliła na bardzo dokładne sporządzenie wykresów. Niewielkie skoki napięcia powodują dość znaczny wzrost natężenia . Z wykresów można odczytać zakresy stabilizujące działania diod.