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.

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

4.Tabele pomiarowe.

Tabela 1 dla kierunku przewodzenia

U	ΔU	I	ΔI	R	ΔR	lnR
[ V ]	[V]	[mA]	[mA]	[kΩ]	[kΩ]
0,32	0,002	0		0		0
0,62	0,002	1		0,62		6,42
0,74	0,002	6		0,12		4,79
0,91	0,002	17		0,05		3,91
1,01	0,002	24		0,04		3,69
0,90	0,002	43		0,02		2,99
0,96	0,002	53		0,02		2,99
0,99	0,002	93		O,12		4,79
1,09	0,002	132		O,008		2,08
1,14	0,002	182		O,006		1,8
1,03	0,002	227		O,005		1,61
1,02	0,002	274		0,004		1,39
1,03	0,002	317		0,003		1,1
1,01	0,002	366		0,003		1,1
1,04	0,002	408		0,003		1,1

Tabela 2 złącze spolaryzowane zaporowo

U	ΔU	I	ΔI	R	ΔR	lnR
[ V ]	[V]	[μA]	[μA]	[kΩ]	[kΩ]
5,13	0,02	5		1,03		6,94
10,10	0,02	10		1,01		6,92
15,16	0,02	16		0,95		6,86
20	0,02	21		0,95		6,86
25,5	0,02	26		0,98		6,89
0,7	0,02	32		0,95		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.

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.

---