Ćwiczenie 46

Pomiar charakterystyki diody półprzewodnikowej.

Gdy w modelu pasmowym ciała stałego w temperaturze T = 0 K pasmo walencyjne i pasmo przewodnictwa są oddzielone przerwą energetyczną E, ruch elektronów wewnątrz pasm jest niemożliwy. Takie ciała będą w T = 0 K izolatorami.

Aby izolator zaczął przewodzić prąd, musimy dostarczyć elektronom odpowiednią porcję energii wzbudzając je z któregoś pasma zapełnionego do któregoś pasma pustego. Można to uczynić podnosząc temperaturę półprzewodnika , naświetlają go promieniowaniem elektromagnetycznym, przykładając pole magnetyczne itp.

O łatwości wzbudzenia elektronów decyduje przerwa energetyczna E. Materiały w których E 2eV nazywamy półprzewodnikami, a materiały o E 2eV dielektrykami.

Rozróżniamy półprzewodniki typu n (koncentracja elektronów większa od koncentracji dziur) oraz typu P (koncentracja dziur większa od koncentracji elektronów).

Przy połączeniu półprzewoników typu n i P popłyną prądy dyfuzji:

-większościowe: dziur z n do P

elektronów z P do n

-mniejszościowe: elektronów z P do n

dziur z P do n

Na złączu wytworzy się bariera (skok) potencjału V , która będzie się sprzeciwiać dalszemu przepływowi prądów dyfuzji nośników większościowych, a nie będzie stanowić przeszkody dla prądów nośników mniejszościowych.

Jeśli do połączonych półprzewodników P i n przyłożymy zewnętrzną różnicę potencjałów U, to prawie całe napięcie odłoży się na samym złączu i zsumuje się z V . W przypadku przyłożenia (+) do obszaru n, i (-) do obszaru P napięcie U zwiększy już istniejące przesunięcie pasm względem siebie (kierunek zaporowy). Jeżeli przyłożymy (+) do obszaru P i (-) do obszaru n to bariera obniży się - pasma zbliżą się do siebie. Popłynie łatwo prąd nośników większościowych, oporność złącza silnie zmaleje. Teraz nawet niewielkie napięcie spowoduje duże prądy.

UWAGI:

Dla diody germanowej:

kierunek przewodzenia:

przy zwiększaniu napięcia począwszy od około 0,28 V natężenie gwałtownie rośnie;

kierunek zaporowy:

zależność pomiędzy prądem a napięciem nie jest liniowa, opór diody w kierunku zaporowym jest bardzo duży np. dla 50 V wynosi 0,9 MΩ

Dla diody krzemowej:

kierunek przewodzenia:

przy zwiększaniu napięcia począwszy od około 0,75 V natężenie gwałtownie rośnie;

kierunek zaporowy:

prąd rośnie prooprcjonalnie do napięcia, dioda zachowuje się jak opornik o oporze

10 MΩ.

Bartłomiej Rosiński

ZiE inż. sem. 01

---