Laboratorium przyrządów półprzewodnikowych
Temat ćwiczenia: Wpływ temperatury na półprzewodnik (termistor) i złącze p-n.			Wykonujący ćwiczenie:
Nr ćwiczenia: 4	Data wyk. ćwicz.	Ocena	Wykonujący sprawozdanie:

Pierwszym badanym elementem był termistor o rezystancji znamionowej 4,7kΩ (oznaczony 4k7 M).

W temperaturze jaka panowała w laboratorium, tzn.23^oC element odznaczał się rezystancją 7,7kΩ. Tak duży rozrzut rezystancji mógł być spowodowany przegrzaniem lub zmianami starzeniowymi (pod wpływem temperatury nastąpiła zmiana koncentracji domieszek w półprzewodniku).

W celu wyznaczenia charakterystyki R_t=f(1/T) element badaliśmy w układzie pokazanym na rys.1.

Współczynnik materiałowy B liczymy ze wzoru:

dla T₁=50^oC(323K) R_T1=2,2kΩ ; T₂=80^oC(353K) R_T1= 469Ω

Podstawiając do wzoru otrzymujemy, że B = 5868 [K]

Obliczoną wartość współczynnika B używamy do obliczeń temperaturowego współczynnika rezystancji α_t.

, gdzie T jest temperaturą otoczenia .

W naszym przypadku temperatura otoczenia wynosiła 23^oC ( 296K), więc

Rezystancję
,czyli rezystancje termistora dla 1/T=0 odczytaliśmy z wykresu. Wynosi ona około 0,2[mΩ].

Natomiast obliczona przez nas ze wzoru:

Drugim badanym przez nas elementem było złącze p-n. Do dyspozycji mieliśmy germanowy tranzystor oznaczony symbolami TG5. Badanym złączem było złącze

baza-emiter. Po wcześniejszym sprawdzeniu złącza za pomocą omomierza połączyliśmy układ taki jak na rysunku 2.

Występujące zakrzywienie charakterystyki U=f(T) dla temperatury wyższej niż 50^oC może być spowodowane tym, że tak w wysokiej temperaturze german traci swoje właściwości (temperaturą dopuszczalną dla złącz germanowych jest ok. 65^oC). Na prostoliniowym odcinku charakterystyki temperaturowy współczynnik napięcia, który jest równy współczynnikowi nachylenia prostej, wynosi około -4 [mV/^oC]. Wraz ze wzrostem temperatury współczynnik ten rośnie(co do wartości bezwzgldnej), tzn. zmiana temperatury o jeden ^oC powoduje spadek napięcia o więcej niż 4[mV].

Korzystając ze wzoru

przy założonym temperaturowym współczynniku napięcia równym -2mV/^oC , obliczam szerokość przerwy zabronionej dla następujących wartości U i T:

U = 0,542[V] T = 40[^oC]

Chcąc otrzymać wynik w elektronowoltach wykonuję następujące przekształcenie:

ponieważ 1[eV] = 1,60219*10^-19 [J] otrzymaną wartość dzielę przez tę liczbę i w rezultacie otrzymuję wynik w [eV] :

W_g = 0,62 [eV]

Widać więc, że jest to wynik przybliżony do tego jakiego należałoby się spodziewać w przypadku złącza germanowego.

Gdyby zaś za W_g podstawić wartość teoretyczną 0,7 [eV] i dla tych samych wartości napięcia i temperatury liczyć temperaturowy współczynnik napięcia z w/w wzoru to otrzymalibyśmy wynik:

Wynik ten jest zbliżony do tego jaki odczytaliśmy z wykresu.

W kierunku zaporowym liczymy szerokość pasma zabronionego ze wzoru:

dla T₁=50^oC (323K) I₁= 57μA ; T₂=40^oC(313K) I₂=17μA

W_g= 1,05 [eV]

Następnie dla wyznaczonej szerokości pasma zabronionego obliczam temperaturowy współczynnik prądu :

dla T=40^oC (313K) wyrażenie to przyjmuje wartość

Wnioski:

Ponieważ badany termistor był termistorem typu NTC, więc wraz ze wzrostem temperatury jego rezystancja malała. Obliczona na podstawie wzoru rezystancja termistora dla 1/T=0 pokrywa się z rezystancją wyznaczoną z wykresu. Także obliczone przez nas parametry pokrywają się z wartościami oczekiwanymi.

Z charakterystyki U=f(T) złącza p-n wynika, że wraz ze wzrostem temperatury napięcie na diodzie spada, czyli wraz ze wzrostem temperatury wzrasta konduktywność złącza. Przedłużenie prostoliniowej części charakterystyki przecina oś OY w około 0,7 [V], co jest w przybliżeniu równe wartości W_g , która z obliczeń wyszła 0,62 [eV]. Obliczona wartość W_g na podstawie charakterystyki złącza w kierunku zaporowym różni się od obliczonej w kierunku przewodzenia i wynosi 1,05[eV]. Różnica ta najprawdopodobniej wynika z tego, iż pomiar małych prądów jest trudniejszy, niż pomiar napięcia i niesie ze sobą większe błędy.

1

1

---