Rok akademicki 1998/99	Laboratorium z fizyki
Nr ćwiczenia: 23	Charakterystyka styku między metalem a półprzewodnikiem typu n .
Wydział : Elektronika Kierunek : Informatyka Grupa : 1.2	Jarosław Struś
Data wykonania 10.03.1999 rok	Ocena		Data zaliczenia	Podpis
	T. :
	S. :

Ćwiczenie 23 , strona 1

1. Pomiary .

Przy zetknięciu się półprzewodników o różnych typach przewodzenia powstaje elektryczna warstwa podwójna na skutek przemieszczenia się elektronów i „dziur” przez powierzchnię styku. Elektrony przechodzą z półprzewodnika typu n do półprzewodnika typu p, natomiast „dziury” przemieszczają się w kierunku przeciwnym. Warstwa półprzewodnika typu p traci elektrony i ładuje się dodatnio, natomiast półprzewodnik typu n uzyskuje nadmiarowy ładunek ujemny. Między półprzewodnikiem typu p i półprzewodnikiem typu n tworzy się kontaktowa różnica potencjałów. W półprzewodniku typu p niemal całkowicie brak swobodnych elektronów, w związku z czym opór elektryczny warstwy jest znacznie większy niż pozostałej części półprzewodnika. Warstwę taką nazywamy warstwą zaporową. Gdy do warstwy zaporowej przyłożymy zewnętrzne pole elektryczne źródła prądu w kierunku zgodnym z kierunkiem pola stykowej warstwy zaporowej to pole zewnętrzne będzie wówczas wzmacniać pole warstwy stykowej i spowoduje powiększenie wału potencjału dla elektronów i „dziur” przechodzących przez miejsce styku. Pole wewnętrzne wywoła również ruch elektronów w półprzewodniku typu n oraz „dziur” w półprzewodniku typu p w przeciwnych kierunkach (od miejsca styku). Pociągnie to wzrost grubości warstwy zaporowej, a tym samym wzrost oporu. W tym kierunku prąd elektryczny nie przepływa. Jeżeli zmienić kierunek przyłożonego napięcia to w obszarze styczności będzie wzrastać liczba ruchomych nośników prądu, które pod wpływem działania zewnętrznego pola przemieszczają się z wnętrza półprzewodników ku granicy p-n. Grubość warstwy stykowej oraz jej opór ulega zmniejszeniu. Styk dwóch półprzewodników domieszkowych o różnych znakach nośników prądu odznacza się zatem przewodnictwem jednokierunkowym.
Badanym elementem w ćwiczeniu jest dioda półprzewodnikowa. Doprowadzając do diody napięcie stałe w kierunku przewodzenia, a następnie w kierunku zaporowym, rejestrujemy wartości natężenia prądu w obwodzie. Dane notujemy w tabeli.

2. Schematy układów pomiarowych .

Schemat obwodu pomiarowego - Schemat obwodu pomiarowego -
kierunek przewodzenia. kierunek zaporowy

Schemat połączeń obwodu prostownika Schemat połączeń przy obserwacji na
jednopołówkowego z oscyloskopem oscyloskopie mostka Graetza

( prostownika dwupołówkowego )

Ćwiczenie 23 , strona 2

3. Tabele pomiarowe .

Napięcie było mierzone z błędem systematycznym woltomierza ± 0,3% .

Prąd był mierzony z błędem systematycznym miliamperomierza o klasie dokładności 1,5 .

Błąd pomiaru pośredniego rezystancji diody ΔR został obliczony metodą różniczki zupełnej .

Tabela pomiarowa przy diodzie połączonej w kierunku przewodzenia.

UZAS.	U	±ΔU	J	±ΔJ	R	±ΔR	ln R
[V]	[V]	[V]	[mA]	[mA]	[Ω]	[Ω]	[Ω]
0.1	0,09	0,06	0	0,000375	0	-	-
0.2	0,19	0,06	0	0,000375	0	-	-
0.3	0,28	0,06	0,0015	0,000375	186667	50667	12,14
0.4	0,34	0,06	0,008	0,000375	42500	2742	10,66
0.5	0,37	0,06	0,019	0,000375	19474	700	9,88
0.6	0,41	0,06	0,054	0,0015	7593	322	8,57
0.7	0,42	0,06	0,08	0,0015	5250	173	7,8
0.8	0,47	0,06	0,21	0,00375	2238	69	6,9
0.9	0,53	0,06	3,8	0,015	609,2	2	6,41
1	0,61	0,06	4,7	0,075	106,5	3,15	4,66
1.1	0,63	0,06	14	0,075	134	3,41	4,9
1.2	0,68	0,06	19	0,375	48,57	1,73	3,88
1.3	0,69	0,06	21,5	0,375	41,82	1,297	3,73
1.4	0,70	0,06	24,3	0,375	36,84	0,043	3,61
1.5	0,71	0,06	39	0,375	33,02	0,855	3,5
1.6	0,72	0,06	40	0,375	29,63	0,704	3,39
1.7	0,74	0,06	41	1,5	18,97	0,884	2,94
1.8	0,74	0,06	43	1,5	17,20	0,740	2,84
1.9	0,74	0,06	47	1,5	15,74	0,63	2,75
2	0,74	0,06	50	1,5	14,8	0,564	2,69
3	0,77	0,06	90	1,5	8,55	0,209	2,15
4	0,82	0,06	150	7,5	4,30	0,196	1,46
5	0,84	0,06	195	7,5	3,54	0,136	1,26
6	0,85	0,06	240	7,5	3,07	0,104	1,12
7	0,86	0,06	280	7,5	2,90	0,902	1.01
8	0,88	0,06	330	7,5	2,66	0,079	0.98
9	0,89	0,06	375	7,5	2,37	0,063	0.86
10	0,89	0,06	420	7,5	2,11	0,052	0.75

Ćwiczenie 23 , strona 3

Tabela pomiarowa przy diodzie połączonej w kierunku zaporowym.

Uzas	U	±ΔU	J	±ΔJ	R	±ΔR	ln R
[V]	[V]	[V]	[μA]	[μA]	[MΩ]	[Ω]	[Ω]
5	-5	0.06	-0,5	0,375	10	7392000	16,11
10	-10	0.06	-1	0,375	10	37185000	16,11
15	-15	0.06	-1,5	0,375	10	2477144	16,11
20	-20	0.06	-2	0,375	10	1860188	16,11
25	-25	0.06	-2,5	0,375	10	1487399	16,11
30.	-30	0.06	-3	0,375	10	1240750	16,11

4. Przebieg z oscyloskopu .

a) Prąd przemienny z zasilacza ( wykres na papierze milimetrowym ).

b) Prąd przemienny wyprostowany jednopołówkowo ( wykres na papierze milimetrowym ).

c) Prąd przemienny wyprostowany dwupołówkowo ( wykres na papierze milimetrowym ) .

5. Wykresy zależności I = f(U) oraz ln R = f(U) .

a) Charakterystyka prądowo - napięciowa złącza prostującego przedstawiona na wykresie I = f(U) ( wykres na papierze milimetrowym ) .

1° W kierunku zaporowym .

2° W kierunku przewodzenia .

b) Zależność oporu złącza prostującego od napięcia przedstawiona na wykresie lnR = f(U) ( wykres na papierze milimetrowym ) .

6. Wnioski .

Dioda jest elementem półprzewodnikowym w którym przepływ prądu w jednym kierunku ma charakter dominujący. Końcówki diody nazywamy odpowiednio anodą A i katodą K. Po doprowadzeniu do końcówek diody napięcia dodatniego UAK >0, znajduje się ona w stanie przewodzenia, a przy polaryzacji napięciem ujemnym UAK<0 - w stanie zatkania. Prąd wsteczny (zwrotny) diody jest zazwyczaj o kilka rzędów wielkości mniejszy, niż prąd w kierunku przewodzenia. Spadek napięcia dla diody krzemowej w kierunku przewodzenia zawiera się w granicy 0,3-0,8 V. Spadek napięcia na przewodzącej diodzie jest silnie zależny od temperatury

Z przebiegów zaobserwowanych na oscyloskopie przy badaniu prostownika jednopołówkowego można zaobserwować silne zniekształcenie przebiegu sinusoidalnego, zaś przy obserwacji prostownika dwupołówkowego w układzie mostkowym obserwujemy zwiększenie się napięcia wyjściowego względem napięcia wejściowego o pierwiastek z trzech ( nap. wejściowe wynosiło 6V, zaś wyjściowe ok. 10V ). Związane jest to ze zwiększeniem się wartości średniej napięcia wyjściowego, poprzez prostowanie napięcia w dwóch kierunkach.

---