Rok akademicki: 1998/1999	Laboratorium fizyczne
Numer ćwiczenia: 23	Charakterystyka styku metal - półprzewodnik typu n
Wydział: elektronika Kierunek: informatyka Grupa: 1.2	Imię i Nazwisko: Andrzej Kuliś
Data wykonania: 24. 03.1999 r.	Ocena		Data zaliczenia	Podpis
		Teoria
	Sprawozdanie

1. Zasada pomiaru

Między metalem a półprzewodnikiem w złączu metal-półprzewodnik n istnieje kontaktowa różnica potencjałów. W warstwie przystykowej półprzewodnika niemal w ogóle nie ma elektronów, ma ona więc znacznie większy opór i nazywana jest warstwą zaporową.

Przyłączenie do złącza zewnętrznego napięcia zmienia rozmiary warstwy zaporowej, wysokość bariery potencjału i opór. Pole zewnętrzne skierowane od metalu (+) do półprzewodnika (-) - w kierunku przewodzenia, powoduje zmniejszenie bariery potencjału, czyli powiększenie przewodności złącza. W kierunku tym może płynąć duży prąd. Pole skierowane przeciwnie zmniejsza przewodność złącza - kierunek ten jest zwany kierunkiem zaporowym.

Z tego też względu złącza takie wykazują właściwości prostujące prądu przemiennego. Zależność prądu od napięcia zewnętrznego przedstawia rysunek:

Celem doświadczenia jest zbadanie zachowania złącza, do którego przyłożono zewnętrzne napięcie w kierunku przewodzenia i zaporowym, oraz właściwości prostujących złącza podłączonego do napięcia przemiennego.

2. Układ pomiarowy

a) badanie złącza pod działaniem zewnętrznego napięcia:

b) badanie prostownika jednopołówkowego:

c) badanie prostownika dwupołówkowego - układ Graetza:

3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów

woltomierz - Digital Multimetr VC - 10T - sposób obliczania błędów pomiarowych:

± 0,1 % wartości wskazywanej + wartość ostatniej cyfry

amperomierz - Digital Multimetr M-3610:

- zakresy:200μA - 20mA ± 0,5 %

200mA - 2A ± 1,2 %

4. Tabela pomiarów

W kierunku zaporowym
U	U	I	I	R	R	lnR
[V]	[V]	[mA]	[mA]	[k	[k
-4,9	-0,005	-0,001	-0,000007	3529	21,2	8,2
-9,9	-0,010	-0,003	-0,000015	3414	20,5	8,1
-14,8	-0,015	-0,004	-0,000020	3710	22,3	8,2
-19,8	-0,020	-0,005	-0,000025	3960	23,8	8,3
-24,8	-0,025	-0,006	-0,000029	4267	25,6	8,4
-29,7	-0,030	-0,007	-0,000033	4568	27,4	8,4

U	ΔU	I	ΔI	R	ΔR	ln R
[V]	[V]	[mA]	[mA]	[kΩ]	[kΩ]
W kierunku przewodzenia
0,096	0,00010	0	0	-	-	-
0,20	0,00020	0,0001	0,0000005	1960	11,760	14,49
0,29	0,00029	0,0011	0,0000055	267,3	1,604	12,50
0,38	0,00038	0,0152	0,0001	25,00	0,150	10,13
0,43	0,00043	0,06	0,0003	6,84	0,041	8,83
0,46	0,00046	0,13	0,0007	3,53	0,021	8,17
0,53	0,00053	1,07	0,005	0,49	0,00296	6,20
0,59	0,00059	1,70	0,01	0,34	0,00207	5,84
0,66	0,00066	7,26	0,04	0,091	0,00055	4,51
0,68	0,00068	9,91	0,05	0,068	0,00041	4,23
0,69	0,00069	12,55	0,06	0,055	0,00033	4,01
0,7	0,00070	15,36	0,08	0,046	0,00027	3,82
0,71	0,00071	18,18	0,09	0,039	0,00023	3,66
0,72	0,00072	28,5	3,4	0,025	0,00304	3,23
0,74	0,00074	32,5	3,9	0,023	0,00276	3,13
0,75	0,00075	36,6	4,4	0,020	0,00247	3,02
0,75	0,00075	40	4,8	0,019	0,00227	2,93
0,76	0,00076	44,1	5,3	0,017	0,00207	2,84
0,76	0,00076	48,2	5,8	0,016	0,00191	2,76
0,77	0,00077	52,4	6,3	0,015	0,00177	2,68
0,8	0,00080	93,2	11,2	0,009	0,00104	2,15
0,82	0,00082	134	16,1	0,006	0,00074	1,82
0,84	0,00084	175,7	21,1	0,005	0,00058	1,57
0,86	0,00086	229	27,5	0,004	0,00046	1,33
0,88	0,00088	273	32,8	0,003	0,00039	1,17
0,89	0,00089	316	37,9	0,003	0,00034	1,03
0,90	0,00090	360	43,2	0,002	0,00030	0,91
0,91	0,00091	403	48,4	0,002	0,00027	0,81

5. Przykładowe obliczenia

Z powodu dużej rozpiętości wartości prądu nie można dokładnie zbadać zależności

I= f(U) dla kierunku przewodzenia i zaporowego. Poniżej przedstawiam oddzielne wykresy dla tych zakresów:

Oto wykres przedstawiający dokładniej nieliniową strefę oporności złącza:

6. Przebiegi z oscylografu

1. prąd przemienny z zasilacza:

2. prąd przemienny wyprostowany jednopołówkowo:

3. prąd przemienny wyprostowany dwupołówkowo:

7. Dyskusja błędów

W pierwszej części doświadczenia użyliśmy dwóch mierników uniwersalnych.

Błąd wielkości złożonej - oporu - można obliczyć metodą różniczki zupełnej lub logarytmicznej.

W większości przypadków ze względu na skalę wykresów niemożliwe jest odróżnienie błędów rzędu kilku procent . W celu poprawienia czytelności zamieściłem też oddzielne wykresy dla pasma przewodnictwa i zaporowego.

8. Wnioski

Wyniki doświadczenia potwierdzają właściwości złącza metal-półprzewodnik typu n.

Przy prądzie stałym zaobserwowaliśmy znaczne różnice oporności złącza w zależności od kierunku przyłożonego napięcia oraz nieliniowy jego charakter. Przy zasilaniu napięciem sinusoidalnym zaobserwowaliśmy prostowanie jednopołówkowe prądu - dioda przepuszczała napięcie o amplitudach dodatnich i filtrowała napięcie o amplitudach ujemnych (lub odwrotnie - w zależności od kierunku jej przyłączenia). Układ Graetza ze względu na mostkowe połączenie czterech elementów prostujących umożliwia dwupołówkowe prostowanie prądu - jedna jego część przepuszcza napięcie dodatnie, druga - napięcie o amplitudzie ujemnej - ze znakiem przeciwnym.

---