- •Федеральное агентство по образованию
- •1.Краткие теоретические сведения
- •1.1. Р-п переход
- •1.2.Выпрямление тока в p-n переходе
- •1.2. Контакт вырожденных электронных и дырочных полупроводников.Туннельный диод
- •2. Описание установки и методики эксперимента
- •В установке предусмотрена возможность плавного измерения температуры термостата и ее измерения цифровым термометром.
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Требования к оформлению отчета
- •5.Контрольные вопросы
- •6.Список литературы
2. Описание установки и методики эксперимента
Экспериментальная установка схематично изображена на рис.2.1. p-n переход с сопротивлением R подключают к источнику напряжения e и помещают в термостат.
Рис.2.1.Блок-схема экспериментальной установки
В установке предусмотрена возможность плавного измерения температуры термостата и ее измерения цифровым термометром.
Ток через р-п переход зависит от приложенного внешнего напряжения следующим образом:
, (2.1)
где - ток насыщения при обратном включениир-п перехода, ,В – константа, зависящая от температуры, А – константа, не зависящая от температуры.
Эксперимент следует проводить при малых значениях напряжения . В этом случаеexp(eU/kT)<<1, и выражение (2.1) можно записать :
. (2.2)
Прологорифмировав (2.2), имеем
. (2.3)
По результатам эксперимента можно построить график зависимости (2.3). Эта зависимость представлена на рис. 2.2.
Рис.2.2. Зависимость логарифма тока от величины обратной
температуре p-n перехода
Поскольку константа С слабо зависит от температуры при измерениях в небольшом диапазоне температур, то выражению (2.3) соответствует линейная зависимость (рис.2.2). Измеряя тангенс угла наклона этого графика, можно определить eDj = EFp – EFn .
Лабораторная установка, выполненная в виде настольного прибора рис.2.3, на лицевой панели которого находятся тумблер 1 «сеть», фотодиод 2 включения сети, тумблер 3 включения термометра, тумблер включения нагревателя 4, переключатель 5 диодов Д1-Д2», тумблер 6 переключения «U|I» , табло мультиметра7, табло термометра 8.
3. Порядок выполнения работы
1. Включить вилку прибора в сеть.
2. Включить тумблер 1 «сеть». При этом на панели прибора должен загореться красный фотодиод 2.
3. Включить термометр тумблером 4.
4. Поставить переключатель 5 «Д1-Д2» в положение Д1, соответствующее первому диоду.
5. Меняя напряжение на диоде и измеряя его мультиметром 6, на котором установлен предел 2000т по шкале DCV, установить напряжение на диоде 0.
6. Переключить мультиметр в положении 2000по шкалеDCA, а тумблер 6 – в положение I, измерить ток через диод. Он должен быть 0.
7. Изменяя напряжение через 0,1 мВ, фиксировать значения тока, как описано в п.п.5-6.
Полученную вольтамперную характеристику занести в таблицу 1. Измерения производить во всем диапазоне изменения напряжения.
Таблица 1
ДИОД 1
U, мВ |
|
|
|
|
I, мА |
|
|
|
|
ДИОД 2
U, мВ |
|
|
|
|
I, мА |
|
|
|
|
8. Поставить переключатель 5 «Д1-Д2» в положение Д2, соответствующее второму диоду. Повторить п.п.5-7.
9. Включить тумблер «нагрев». Повторить п.п. 4-8 для температуры диодов, выбранной в интервале 50-70С.
10. Построить вольтамперные характеристики диодов при двух температурах.
11. При постоянном напряжении (например, 3В), подаваемом на диод, снять зависимость тока от температуры. Измерять напряжение и ток для диодов Д1 и Д2, как описано в п.п.4,5,6. Фиксировать значения тока при изменении температуры на каждые 5К. Результаты измерений свести в таблицу 2.
Таблица 2
ДИОД 1
U, мВ |
T, К |
I,мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ДИОД 2
, U, мВ |
T, К |
I,мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12. Построить зависимость для каждого диода. По графика определить разность уровней Ферми областей с разным типом проводимости.