Rok 1995/96	Laboratorium z fizyki
Nr. ćw. 23	Temat:Charakterystyka styku między metalem a półprzewodnikiem typu n.
Wydział:Elektronika Kierunek Grupa	Marcin Mroczek
Data wyk.	Ocena		Data zaliczenia	Podpis
	T S

Zasada pomiarowa.

Gdy zetkniemy metal z półprzewodnikiem ,strumień elektronów z półprzewodnika do metalu będzie przeważał nad strumieniem elektronów z metalu do półprzewodnika ,ponieważ energie wolnych poziomów energetycznych w metalu są niższe niż obsadzonych poziomów w półprzewodniku. Wzrost liczby elektronów w warstwie przystykowej metalu powoduje podnoszenie się poziomu Fermiego, w półprzewodniku przeciwnie poziom Fermiego obniża się do poziomu donorowego. Gdy poziomy Fermiego w metalu i półprzewodniku zrównają się, ustala się równowaga dynamiczna, charakteryzująca się równością prądów elektronowych, przepływających w obu kierunkach przez obszar złącza. Warstwa przystykowa półprzewodnika traci część elektronów i ładuje się dodatnio, natomiast metal uzyskuje nadmiarowy ładunek ujemny. Między metalem i półprzewodnikiem powstaje podwójna warstwa ładunku elektrycznego. Utworzy się kontaktowa różnica potencjałów. W warstwie przystykowej półprzewodnika, niemal całkowicie brak swobodnych elektronów, w związku z czym, opór elektryczny warstwy jest znacznie większy niż pozostałej części półprzewodnika. Warstwę taką nazywamy warstwą zaporową. Przyłożenie zewnętrznego napięcia elektrycznego do złącza, wpływa na rozmiary warstwy zaporowej i wysokość bariery potencjału, a więc opór. Jeśli zewnętrzne pole elektryczne skierowane jest od metalu (+) do półprzewodnika (-) , to elektrony z całej objętości półprzewodnika wciągane są do warstwy przystykowej. Powoduje to zmniejszenie grubości warstwy zaporowej, zmniejszenie bariery potencjału i powiększenie przewodności złącza.

Schematy pomiarowe.

Schemat pomiarowy do tabel od 1 do 3

Schemat pomiarowy do oscylogramu a)

Schemat pomiarowy z mostkiem do oscylogramu b)

Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.

pomiar prądu miliamperomierzem UM-5B klasa 1,5
pomiar napięcia woltomierzem VC-10T błąd 0,002 na zakresie 2V,
0,02 na zakresie 20V

Tabele pomiarowe.

Tabela 1 dla kierunku przewodzenia

U	ΔU	I	ΔI	R	ΔR	ln R	ΔlnR
[ V ]	[V]	[mA]	[mA]	[kΩ]	[kΩ]	dla R w Ω
0,106	0,002	0	0	0	0
0,197	0,002	0	0	0	0
0,298	0,002	0	0	0	0
0,335	0,002	0,01	0,0005	33,5	0,25	10,42	0,01
0,362	0,002	0,022	0,0005	16,455	0,12	9,71	0,01
0,396	0,002	0,06	0,001	6,6	0,05	8,79	0,01
0,408	0,002	0,086	0,0015	4,744	0,05	8,46	0,02
0,441	0,002	0,235	0,0038	1,877	0,03	7,54	0,02
0,491	0,002	1	0,015	0,491	0,02	6,20	0,05
0,531	0,002	4,5	0,075	0,118	0,02	4,77	0,17
0,554	0,002	8,7	0,075	0,064	0,01	4,16	0,16
0,577	0,002	13,6	0,1	0,042	0,01	3,74	0,24
0,589	0,002	16,6	0,1	0,035	0,01	3,56	0,29
0,602	0,002	20,7	0,15	0,029	0,01	3,37	0,35
0,619	0,002	25,4	0,15	0,024	0,01	3,18	0,42
0,627	0,002	29,1	0,15	0,022	0,01	3,09	0,46
0,636	0,002	32,3	0,15	0,02	0,01	3,00	0,5
0,648	0,002	38,0	0,75	0,017	0,02	2,83	1,18
0,66	0,002	45,4	0,75	0,015	0,02	2,71	1,34
0,672	0,002	56,5	1,5	0,012	0,03	2,48	2,5

Tabela 2 złącze spolaryzowane zaporowo

U	ΔU	I	ΔI	R	ΔR	ln R	ΔlnR
[ V ]	[V]	[μA]	[μA]	[kΩ]	[kΩ]	dla R w Ω
5	0,02	0,5	0,001	10	0,05	16,12	0,01
10	0,02	1	0,001	10	0,03	16,12	0,01
15	0,02	1,5	0,001	10	0,02	16,12	0,01
20	0,02	2	0,001	10	0,02	16,12	0,01
25	0,02	2,5	0,001	10	0,01	16,12	0,01
30	0,02	3	0,001	10	0,01	16,12	0,01

Tabela 3 złącze spolaryzowane w kierunku przewodzenia

U	ΔU	I	ΔI	R	ΔR	ln R	ΔlnR
[ V ]	[V]	[mA]	[mA]	[kΩ]	[kΩ]	dla R w Ω
0,668	0,002	54	1,5	12,37	0,03	2,52	0,01
0,693	0,002	94	1,5	7,37	0,02	2	0,01
0,708	0,002	150	7,5	4,72	0,06	1,55	0,02
0,725	0,002	200	7,5	3,63	0,04	1,29	0,02
0,734	0,002	240	7,5	3,06	0,04	1,12	0,02
0,741	0,002	280	7,5	2,65	0,03	0,97	0,02
0,747	0,002	330	7,5	2,26	0,03	0,82	0,02
0,752	0,002	380	7,5	1,98	0,02	0,68	0,02
0,757	0,002	420	7,5	1,8	0,02	0,59	0,02
0,761	0,002	470	7,5	1,62	0,02	0,48	0,02
0,764	0,002	500	7,5	1,53	0,02	0,43	0,02

Przykładowe obliczenia wartości złożonej.

Rachunek błędów.

błąd bezwzględny pomiaru prądu

błąd bezwzględny rezystancji

błąd bezwzględny ln R

a) b)

Oscylogramy uzyskane na oscyloskopi

Wnioski i uwagi.

Na podstawie uzyskanych charakterystyk złącza w kierunku przewodzenia możemy stwierdzić że są one bardzo zbliżone do teoretycznych. Na podstawie charakterystyk przy złączu spolaryzowanym zaporowo można wywnioskować że rezystancja złącza spolaryzowanego zaporowo jest niezmienna dla badanego przedziału wartości i wynosi dla badanego złącza 10kΩ.

---