Ćw. nr: 29
Zagadnienia do samodzielnego opracowania.
Półprzewodnikami nazywane są ciała stałe, dla których szerokość pasma wzbronionego nie przekracza 3 eV. Szerokość pasma wzbronionego nazywamy najmniejszą ilość energii, jaką jest potrzebna, aby przenieść elektron z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa.
Półprzewodniki dzielimy na:
1. Jonowe (nośnikami prądu elektrycznego są jony, nie mają większego zastosowania)
2. Elektronowe:
a) samoistne
b) domieszkowe .
W półprzewodnikach samoistnych przewodnictwo jest uwarunkowane przejściem elektronów z zapełnionego pasma walencyjnego do pustego pasma przewodnictwa. W półprzewodnikach domieszkowych przewodnictwo jest uwarunkowane różnicą elektronowych poziomów energetycznych atomów kryształu i atomów domieszki.
Teoria pasmowa – jest to teoria kwantowa opisująca stany energetyczne elektronów w krysztale. W odróżnieniu od atomów, w których dozwolone stany energetyczne elektronów stanowią zbiór poziomów dyskretnych, dozwolone stany energetyczne w kryształach mają charakter pasm o szerokości kilku eV.
Złącze p-n powstaje z "zetknięcia" dwóch obszarów: p(positiv) i n(negative). W przypadku przyłączenia dodatniego bieguna zasilania do obszaru p, a ujemnego do obszaru n złącza p-n ma małą oporność (jest to tzw. polaryzacja złącza w kierunku przewodnictwa). Odwrotne podłączenie biegunów powoduje dużą oporność złącza p-n (jest tzw. polaryzacja zaporowa złącza).
Tabele pomiarowe oraz obliczenia
Dioda półprzewodnikowa
Kierunek zaporowy |
U | [V] | 0,05 | 0,1 | 0,15 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I | [µA] | 6 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | |
Kierunek przewodzenia |
U | [V] | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | |||||||
| I | [mA] | 1 | 3 | 13,5 | 44 | 102,5 |
Wyznaczenie błędów pomiarów:
∆U=$\frac{klasa \times zakres}{100}$ ∆I=$\frac{klasa \times zakres}{100}$
Błędy w kierunku przewodzenia:
Dla napięcia na zakresie 0,75V: ∆U=$\frac{0,5 \times 0,75}{100} = 0,00375$V
Dla zakresu 75mA: ∆I=$\frac{0,5 \times 75}{100} = 0,375mA$
Dla zakresu 150mA: ∆I=$\frac{0,5 \times 150}{100} = 0,75\text{mA}$
Błędy w kierunku zaporowym:
Dla napięcia na zakresie 0,75V: ∆U=$\frac{0,5 \times 0,75}{100} = 0,00375$V
Dla napięcia na zakresie 3V: ∆U=$\frac{0,5 \times 3}{100} = 0,015V$
Dla napięcia na zakresie 15V: ∆U=$\frac{0,5 \times 3}{100} = 0,075V$
Dla zakresu 75μA: ∆I=$\frac{0,5 \times 75}{100} = 0,375\text{μA}$
Pomiarów dla diody Zenera i diody LED nie dokonano.
Wnioski
Po dokonaniu pomiarów mających na celu scharakteryzowanie diody półprzewodnikowej, można stwierdzić, że w kierunku zaporowym napięcie rośnie wraz z natężeniem do pewnej granicznej wartości, kiedy zostanie ona osiągnięta, natężenie pozostaje stałe, mimo wzrostu napięcia. W kierunku przewodzenia, wzrost natężenia jest szybszy, od wzrostu napięcia.