1id104

Ćwiczenie 19

Badanie charakterystyki diody półprzewodnikowej

19.1. Wstęp teoretyczny

Półprzewodniki domieszkowane

W półprzewodnikach samoistnych (ćw. 18, pkt 18.1) nośnikami prądu są elektrony i dziury, przy czym koncentracje ich są jednakowe. W wielu zastosowaniach korzystne jest posiadanie półprzewodnika tylko z jednym rodzajem nośników prądu elektronami lub dziurami. Półprzewodniki, w których przepływ prądu wywołany jest głównie ruchem dziur, są nazywane półprzewodnikami typu p (symbol p wywodzi się od angielskiego słowa positiyę - dodatni); jeśli przepływ prądu jest związany z ruchem elektronów, to półprzewodnik jest typu n (negatwe, czyli ujemny).

Półprzewodnikiem samoistnym jest każdy materiał półprzewodnikowy o nie-zaburzonej strukturze krystalicznej. Wprowadzenie do niego odpowiednich obcych atomów (zwanych domieszką) wpływa w znacznym stopniu na jego właściwości elektryczne. Spróbujmy ten proces przeanalizować na przykładzie struktury krystalicznej germanu Ge. Jego atom ma cztery elektrony walencyjne, które w sieci krystalicznej tworzą wiązania z czterema najbliższymi sąsiadami.

jeśli w tej siatce zastąpić jeden z atomów germanu atomem domieszki mającym pięć elektronów walencyjnych (fosfor, arsen, antymon), to piąty elektron nie może utworzyć wiązania walencyjnego. Jest on jedynie słabo elektrostatycznie związany z jądrem domieszki, potrzebna jest na ogół stosunkowo mała energia (np. dla fosforu w Ge 0,012 eV), aby go oderwać. Dlatego taki stan nazywamy stanem donorowym (od angielskiego słowa donor - dawca). Energia elektronów znajdujących się w tym stanie jest ściśle określona, a w modelu pasmowym półprzewodnika (ćw. 18, pkt 18.1) opisana przez jeden poziom zwany donorowym. Jest on położony wewnątrz przerwy zabronionej półprzewodnika w pobliżu dna pasma przewodnictwa (rys. 19.1a). Odległość energetyczna AE_d w porównaniu z przerwą energetyczną półprzewodnika E_g jest mała (np. dla Ge E_g = 0,7 eV) (tabela 19.1). Wystarczy niewielkie wzbudzenie cieplne, aby elektron opuścił poziom donorowy i znalazł się w paśmie przewodnictwa (przejście (1) na rys. 19.1a). Wskutek tych