Wioleta Korniak

Zadanie 8

Badanie charakterystyki prądowo - napięciowej dla pastylek z polimeru przewodzącego w układzie struktur barierowych Au-SP-Au i Al-SP-Al

Wstęp teoretyczny:

Obok jednobarierowych struktur metal - przewodnik coraz większe znaczenie mają struktury dwubarieriwe. Są one złożone z dwóch diod S połączonych w układzie „back to back”. Złącza wykonane są z tego samego metalu i nanoszone są metodą próżniową, która zapewnia dostateczną czystość chemiczną takiego złącza. W zależności od stosowanego metalu układy takie mają różne właściwości, w szczególności różną wysokość bariery (Φ_M) na złączu metal - przewodnik. Jeśli wysokość bariery na złączu A i na złączu B jest taka sama wtedy mamy symetryczny układ M-SP-M. w przypadku gdy fΦ_MA ≈ Φ_B układ M-SP-M jest niesymetryczny. Ważną rolę odgrywa również grubość warstwy półprzewodnikowej (d), która wpływa na własności elektryczne takiego układu.

Jeśli układ dwubarierowy posiada grubą warstwę półprzewodnikową to układ jest równoważny dwu złączom metal - przewodnik, czyli dwóm strukturom jednobarierowym, połączonym szeregowo. Po przyłożeniu napięcia jedno złącze jest spolaryzowane zaporowo, a drugie przewodząco. Jeśli przyłożone napięcie jest niskie, transport nośników prądu jest wynikiem emisji ponadbarierowej. Jeśli wykres zależności I=f(V) ma przebieg prostoliniowy, oznacza to, że w badanym układzie spełnione jest prawo Ohma. Jeśli przebieg nie jest prostoliniowy, oznacza to, że charakter złącza jest prostowniczy i pozwala nam to wyznaczyć wysokość bariery (fM) na złączu metal - półprzewodnik, zgodnie z poniższymi równaniami:

gdzie: q- ładunek elementarny

I- gęstość prądu,

V- napięcie prądu,

A- stała Richardsona.

Wielkość nkT/q wyznaczyć można z nachylenia prostej obrazującej zależność lnI=f(V) w kierunku przewodzenia. Wartość prądu nasycenia I_S wyznacza się przez ekstrapolację prostej do napięcia równego 0. Znając I_S oraz A można wyliczyć Φ_M bezpośrednio z wielkości prądu nasycenia I_S. W przypadku gdy stała Richardsona nie jest znana, można ją wyznaczyć kreśląc zależność I=f(V), jednocześnie znajdując zależność I_S=f(V). Przekształcając równanie na I_S otrzymujemy postać:

Wykreślając zależność ln I_S/T²=f(1/T) otrzymujemy prostą z nachylenia której uzyskujemy wielkość q Φ_M/nk. Wielkość pozwala na obliczenie Φ_M, a punkt przecięcia prostej z osią rzędnych pozwala wyznaczyć lnA, a zatem stałą Richardsona również.

Obliczenia i zestawienie wyników:

T = 20^oC T = 20^oC T = 25^oC

Wzrastające napięcia Malejące napięcia Wzrastające napiecia

U (V)	I (nA)	I (A)	U (V)	I (nA)	I (A)	U (V)	I (nA)	I (A)
0	0	0	0	0	0	0	0	0
0,18	0,03	0,03 e-9	0,18	0,10	0,10 e-9	0,18	0,01	0,01 e-9
0,38	0,04	0,04 e-9	0,38	0,10	0,10 e-9	0,38	0,04	0,04 e-9
0,57	0,06	0,06 e-9	0,57	0,10	0,10 e-9	0,57	0,06	0,06 e-9
0,76	0,08	0,08 e-9	0,76	0,10	0,10 e-9	0,76	0,08	0,08 e-9
0,95	0,10	0,10 e-9	0,95	0,10	0,10 e-9	0,95	0,11	0,11 e-9
1,14	0,11	0,11 e-9	1,14	0,22	0,22 e-9	1,14	0,14	0,14 e-9
1,33	0,13	0,13 e-9	1,33	0,22	0,22 e-9	1,33	0,15	0,15 e-9
1,52	0,15	0,15 e-9	1,52	0,22	0,22 e-9	1,52	0,17	0,17 e-9
1,71	0,18	0,18 e-9	1,71	0,22	0,22 e-9	1,71	0,20	0,20 e-9
1,90	0,19	0,19 e-9	1,90	0,22	0,22 e-9	1,90	0,24	0,24 e-9
2,09	0,21	0,21 e-9	2,09	0,22	0,22 e-9	2,09	0,32	0,32 e-9
2,29	0,23	0,23 e-9	2,29	0,22	0,22 e-9	3,80	0,43	0,43 e-9
2,48	0,25	0,25 e-9	2,48	0,22	0,22 e-9	4,76	0,57	0,57 e-9
2,67	0,27	0,27 e-9	2,67	0,22	0,22 e-9	5,71	0,69	0,69 e-9
2,86	0,29	0,29 e-9	2,86	0,29	0,29 e-9	6,67	0,82	0,82 e-9
3,80	0,37	0,37 e-9	3,80	0,29	0,29 e-9	7,63	0,97	0,97 e-9
4,76	0,46	0,46 e-9	4,76	0,39	0,39 e-9	8,58	1,12	1,12 e-9
5,71	0,57	0,57 e-9	5,71	0,50	0,50 e-9	9,54	1,25	1,25 e-9
6,67	0,68	0,68 e-9	6,67	0,61	0,61 e-9	10,49	1,41	1,41 e-9
7,63	0,79	0,79 e-9	7,63	0,74	0,74 e-9	11,43	1,57	1,57 e-9
8,58	0,91	0,91 e-9	8,58	0,85	0,85 e-9	12,38	1,74	1,74 e-9
9,54	1,04	1,04 e-9	9,54	0,98	0,98 e-9	13,34	1,90	1,90 e-9
10,49	1,17	1,17 e-9	10,49	1,11	1,11 e-9	14,29	2,08	2,08 e-9
11,34	1,29	1,29 e-9	11,34	1,24	1,24 e-9	15,20	2,32	2,32 e-9
12,38	1,42	1,42 e-9	12,38	1,37	1,37 e-9	16,15	2,50	2,50 e-9
13,34	1,56	1,56 e-9	13,34	1,51	1,51 e-9	17,11	2,90	2,90 e-9
14,29	1,70	1,70 e-9	14,29	1,65	1,65 e-9	18,06	2,91	2,91 e-9
15,20	1,84	1,84 e-9	15,20	1,80	1,80 e-9	19,01	3,12	3,12 e-9
16,15	2,00	2,00 e-9	16,15	1,93	1,93 e-9	19,97	3,33	3,33 e-9
17,11	2,16	2,16 e-9	17,11	2,08	2,08 e-9	-	-	-
18,06	2,32	2,32 e-9	18,06	2,23	2,23 e-9	-	-	-
19,01	2,48	2,48 e-9	19,01	2,38	2,38 e-9	-	-	-
19,96	2,65	2,65 e-9	19,96	2,53	2,53 e-9	-	-	-

Wyznaczam wartości przewodnictwa właściwego (σ), ze wzoru:
I=σ*S/d*U , gdzie:
S-przekrój elektrody, S = πr^2 = 3,14*2^2= 12.56*10^-6 m^2
d-grubość SM, d=0.412[mm]
σ- przewodnictwo właściwe
I- natężenie prądu
U-napięcie
Łącząc równanie (1) z równaniem dla prostej I = f(U) obliczam σ:
Ogólne równanie dla prostej I = f(U) przyjmuje postać: I = a* U, gdzie a = σ*(S/d) => σ = (a*d/s) W temperaturze 20°C σ = (1.3e-10*0.412e-3)/ 12.56*10^-6= 4.2643 *10^-9[S/m]
W temperaturze 20°C σ = (1.2e-10*0.412e-3)/ 12.56*10^-6= 3.9363 *10^-9[S/m]
W temperaturze 25°C σ = (1.62e-10*0.412e-3)/ 12.56*10^-6= 5.3140 *10^-9[S/m]
Napięcie wzrastające T = 20°C

Napięcie malejące T = 20°C

Napięcie wzrastające T = 25°C

Wnioski:

Dla układu dwubarierowego zastosowanego w powyższym ćwiczeniu dokonano charakterystyki prądowo-napięciowej. Zależność natężenia prądu od przyłożonego napięcia wykazuje charakter liniowy. Wraz ze wzrostem napięcia rośnie natężenie płynącego prądu - czego dowodem są wykresy zależności I = f(U). W przypadku wzrostu temperatury przewodnictwo właściwe układu dwubarierowego jest odpowiednio niższe. Należy wnioskować, że temperatura ma wpływ na wartości przewodnictwa właściwego σ.

3

Wybrane zagadnienia z elektrochemii

Pracownia

---