Pobierz dokument 200.doc Rozmiar 352 KB

Nr.ćwicz. 200	Data:		wydział: Elektryczny	semestr: IV	grupa: T-3 nr lab. 6
Prowadzący:			przygotowanie	wykonanie	ocena końcowa

Wyznaczanie bariery potencjału złącza p-n.

1. Wprowadzenie.

Dioda p-n jest jednym z najpowszechniej stosowanych elementów elektronicznych. Stanowią ją dwa zetknięte z sobą półprzewodniki, z których jeden jest typu "p" , a drugi typu "n". Obszarem złącza jest obszar gdzie pasma nie są płaskie, i w którym koncentracja elektronów jest mniejsza niż w części "n",

a dziur mniejsza niż w części "p".

Nn , Np - koncentracja elektronów w części "n" i "p";

Pn , Pp - koncentracja dziur w części "n" i "p";

f - bariera potencjału;

Is - prąd nasycenia;

Id - prąd dyfuzji;

EF - energia Fermiego;

Bariera potencjału na złączu może być zmieniana przez przyłożenie do diody napięcia V ze źródła zewnętrznego:

.

W diodzie p-n występują dwie przyczyny ukierunkowanego ruchu nośników:

- dążenie do znalezienia się w obszarze o najniższej energii potencjalnej

- dążenie do wyrównania koncentracji (dyfuzja nośników)

Całkowity prąd płynący przez złącze:

2. Zasada pomiaru.

Wykorzystując ch-kę diody w kierunku przewodzenia, przy założeniu eV>5kT wyznaczyć można ln Is z zależności:

ponieważ wartość (Ew - EF) jest rzędu 10-2eV (o rząd wielkości mniejsza niż ef) więc można ją zaniedbać.

Zatem wysokość bariery potencjału można wyznaczyć z zależności:

Jeżeli stała C nie jest znana należy wykonać kilka charakterystyk prądowo-napięciowych dla różnych temperatur, dla każdej temperatury znaleźć Is , a następnie wykonać wykres ln Is = f(1/T).

Wykresem jest linia prosta, której współczynnik nachylenia wynosi:

Stosując regresję liniową wyznaczamy barierę z zależności:

3. Układ pomiarowy.

mikroamperomierz : LM - 3 , kl = 0.5 ;

woltomierz : VC - 10T (Digital Multimeter) ;

4. Obliczenia.

a) wyznaczenie prądu nasycenia;

Ponieważ prąd nasycenia jest związany z napięciem i prądem diody następującą zależnością:

Jeśli wykreślimy to równanie we współrzędnych x = V i y = ln I otrzymamy linię prostą przecinającą oś y w punkcie o wartości ln Is . Punkt ten możemy znaleźć za pomocą regresji liniowej dla wszystkich temperatur.

	T=286.15 oK	T=289.15 oK	T=300.15 oK	T=308.15 oK	T=311.15 oK
ln Is = B	- 18.5745	- 18.1917	- 17.5909	- 16.9932	- 16.6662
DB	0.2178	0.2213	0.2107	0.2275	0.5068
Is [A]	8.6E-9	12.6E-9	22.9E-9	41.7E-9	57.8E-9
DIs [A]	1.87E-9	2.78E-9	4.83E-9	9.48E-9	2.93E-9

Prąd nasycenia jest równy:

Błąd prądu nasycenia obliczamy z zależności:

b) wyznaczanie bariery potencjału;

Barierę potencjału wyznaczamy korzystając z regresji liniowej.

Wyznaczamy współczynnik kierunkowy prostej

gdzie x = 1/T a y = ln Is .

Współczynnik nachylenia prostej wynosi:

a =-6333.67

Błąd wyznaczenia współczynnika:

Da =410.59

Możemy teraz wyznaczyć barierę potencjału korzystając z równania

Błąd wyznaczenia bariery potencjału

Tak więc wyznaczona bariera potencjału wynosi:

f = -(0.546±0.036) V

5. Wnioski.

Uzyskane wyniki wskazują na to, że badana była dioda półprzewodnikowa germanowa.

Pomimo uzyskania małego błędu wyniku końcowego, uzyskaną wartość bariery potencjału na badanym złączu należy uznać za dość niepewną. Powodem tego jest fakt, że choć odchyłki wartości po regresji liniowej są stosunkowo małe to dużymi błędami obarczone są bezpośrednie pomiary prądu przepływającego przez badane złącze.

Np. błąd względny pomiaru dla zakresu 15mA wynosi

błąd wyznaczania temperatury

Wynika z tego, iż możemy określić jedynie przybliżoną wartość bariery potencjału.

---

Pobierz dokument 200.doc Rozmiar 352 KB