Rok 2006/07	Laboratorium z fizyki
Nr. ćw. 23	Temat: Charakterystyka styku między metalem a półprzewodnikiem typu n.
IŚ OCiK Grupa 2.3	Katarzyna Niebieszczańska
Data wyk.	Ocena		Data zaliczenia	Podpis
10.11.06	T S

1. Zasada pomiaru.

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

3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.

* dla kierunku przewodzenia

- zakres 200 mA i 2 A DI= ±1,2%I+0,001A

- zakres 2 V DU=±0,3%U+0,01V

* dla kierunku zaporowego

- zakres 200μA DI=±0,5%I+0,001A

- zakres 200V DU=±0,03%U+0,001V

4.Tabele pomiarowe.

Tabela 1 dla kierunku przewodzenia

U	ΔU	I	ΔI	R	ΔR	lnR
[ V ]	[V]	[mA]	[mA]	[kΩ]	[kΩ]
0,32	0,011	0	0	0	0	0
0,62	0,012	1	0,013	0,62	0,02	6,42
0,74	0,012	6	0,082	0,12	0,003	4,79
0,91	0,013	17	0,205	0,05	0,001	3,91
1,01	0,013	24	0,289	0,04	0,001	3,69
0,90	0,013	43	0,517	0,02	0,0005	2,99
0,96	0,013	53	0,637	0,02	0,0005	2,99
0,99	0,013	93	1,117	0,12	0,003	4,79
1,09	0,013	132	1,585	0,008	0,0002	2,08
1,14	0,013	182	2,184	0,006	0,0002	1,8
1,03	0,013	227	2,725	0,005	0,0001	1,61
1,02	0,013	274	3,298	0,004	0,0001	1,39
1,03	0,013	317	3,805	0,003	0,00007	1,1
1,01	0,013	366	4,393	0,003	0,00007	1,1
1,04	0,013	408	4,897	0,003	0,00007	1,1

Tabela 2 dla kierunku zaporowego

U	ΔU	I	ΔI	R	ΔR	lnR
[ V ]	[V]	[μA]	[μA]	[kΩ]	[kΩ]
5,13	0,016	5	0,026	1,03	0,008	6,94
10,10	0,031	10	0,051	1,01	0,008	6,92
15,16	0,046	16	0,081	0,95	0,008	6,86
20	0,061	21	0,106	0,95	0,008	6,86
25,5	0,078	26	0,131	0,98	0,008	6,89
30,7	0,093	32	0,161	0,95	0,008	6,86

5. Przykładowe obliczenia wartości złożonej

Obliczenie R, gdzie R = U / I :

Na przykład dla pomieru nr 2 (kierunek przewodzenia) :

U = 0,62; I = 1

0,62

R = ------- = 0,62

1

Obliczenia lnR :

Na przykład dla pomiaru nr 2 (kierunek przewodzenia) :

R = 620

ln 620 = 6,43

6. Rachunek błędu.

  Błąd maksymalny pomiaru oporności został obliczony metodą różniczki logarytmicznej:

Obliczenia ∆R :

Na przykład dla pomiaru nr 2 (kierunek przewodzenia) :

∆R = 0,62*(0,012/0,62 + 0,013/1) = 0,02 [kW]

7.ZESTAWIENIE WYNIKÓW

Zadaniem naszym w tym ćwiczeniu było wykreślenie charakterystyki prądowo-napięciowej diody i obserwacja prostowania jedno połówkowego i dwu połówkowego na oscyloskopie . Odpowiednie wykresy , oraz rysunki z obserwacji są zatem wynikami naszej pracy .

8. 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.

---