трусики женские украина

На головну

 Вивчення електричних властивостей pn переходу - Фізика

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

БАШКИРСЬКА ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Математичний факультет

Лабораторна робота №5

Вивчення електричних властивостей pn переходу

Виконала: студентка гр. 47а

Нігматьянова В. Д.

Перевірила:

Сагдаткіреева М. Б.

Уфа - 2010

Вивчення властивостей pn переходу

Прилади та приладдя: вимірювальний пристрій, об'єкти дослідження (діоди).

Мета роботи: 1) Вивчення властивостей pn переходу.

2) Отримання вольтамперної характеристики.

3) Отримання вольтфарадной характеристики.

4) Визначення концентрації домішки.

Коротка теорія.

Напівпровідники можуть мати два типи примесной провідності: електронну (n-тип), обумовлену донорними домішками, і діркову (p-тип), обумовлену акцепторними домішками. В n-напівпровіднику основні носії заряду - електрони, а в p-напівпровіднику-дірки. Крім основних носіїв заряду в кожному речовині в значно меншій кількості містяться і неосновні носії заряду протилежного знаку. Вони виникають за рахунок руйнування ковалентних зв'язків.

Кордон дотику двох напівпровідників, один з яких має електронну, а інший - діркову провідність, називається pn переходом. Практично pn перехід створюється не механічним контактом двох напівпровідників, а внесенням донорних і акцепторних домішок в різні частини чистого напівпровідника. Ці переходи є основною більшості сучасних напівпровідникових приладів.

За своїм характером pn переходи бувають різкі і плавні, симетричні і несиметричні. У різких pn переходах концентрація донорів та акцепторів змінюються стрибкоподібно на межі розділу. У симетричних pn переходах концентрація основних носіїв по обидві сторони переходу рівні, в несиметричних - різко розрізняються.

Розглянемо різкий pn перехід (рис 1), в якому концентрація дозорною NDі акцепторной NAпрімесной змінюються стрибком на межі розділу. Будемо вважати, що перехід є несиметричним, наприклад NA> ND. Позначимо концентрацію основних носіїв в pn області через pp, в n- області через nn, а концентрацію неосновних носіїв відповідно через npи pnсоответственно. При кімнатній температурі зазвичай все домішкові рівні ионизована, тоді справедливо pp = NAі nn = ND.

а)

б)

Рис 1. Структура pn переходу (а), розподіл примесной (б)

У стані термодинамічної рівноваги концентрації основних і неосновних носіїв пов'язані законом діючих мас:

(1)

де- концентрація власних носіїв струму.

Електрони з n-області, де їх концентрація вище будуть дифундувати в p-область. Дифузія дірок буде відбуватися у зворотному напрямку. За рахунок відходу дірок в шарі p- області, що примикає до межі розділу з'явиться негативний об'ємний заряд, обумовлений некомпенсованими негативними іонами акцепторної домішки. Аналогічно дифузія електронів з n- і p- область буде супроводжуватися утворенням позитивного заряду іонами донорної домішки в n-області. Наявність заряду в пріконтактной Облети викликає появу електричного поля. Отже, на межі розділу є різниця потенціалів, яка називається контактної. Це поле називається дрейфовий струм неосновних носіїв, спрямований протилежно диффузионному току. При рівновазі діфузінний і дрейфовий струми рани один одному по величині. Фізичним умовою рівноваги pn переходу є сталість рівня Фермі для системи.

Рівнем Ферміназивается енергія рівня, що відокремлює зайняті рівні від вільних. Середнє число електронів на рівні з енергією E визначається формулою Квант розподілу Фермі-Дірака

(2)

Отже рівень Фермі можна визначити як рівень, ймовірність заповнення якого дорівнює 1/2.

Енергетична діаграма pn переходу в умовах рівноваги наведена на рис 2.

Рис 2. Енергетична діаграми pn переходу в умовах рівноваги.

Величина контактної різниці потенціаловна переході буде дорівнює

де e- заряд електрона.

Рис 3. Замикаюча включення зовнішнього поля.

Висота потенційного бар'єра pn переходу визначається відношенням концентрацій однотипних носіїв на кордонах переходу і тим вище, чим сильніше леговані напівпровідники. Її максимальне значення визначається шириною забороненої зони напівпровідників

(4)

Якщо прикласти до напівпровідника зовнішнє поле, напрямок якого збігається з полем контактного шару, основні носії струму йдуть від кордону pn переходу. В результаті замикаючий шар розширюється і його опір зростає. Струм в полупроводіке створюється за рахунок неосновних носіїв і практично відсутні Таке включення називається зворотним або замикаючим (Рис.3).

Якщо зовнішнє поле направлено в протилежну сторону, то воно викликає рух носіїв назустріч один одному до кордону прехеода. У цій області вони рекомендують, ширина контактного шару і його опір зменшується. У ланцюзі виникає прямий струм, створений основними носіями.

Рис.4. пряме включення pn переходу

Ширина pn переходу при прикладеному зовнішньому полі описується виразом

, (5)

де V> 0 відповідає прямому включенню, а V <0 - зворотного. Звідси випливає, що при прямому включенні ширина переходу зменшується, а при зворотному - збільшується.

Таким чином, pn перехід має однобічну провідність. У прямому включенні сила струму швидко зростає зростанням напруги носіями і різко зростає при електричному пробої.

На Рис.6 представлена ??вольтамперная характеристика (ВАХ) pn- переходу.

Ріс6 Вольтамперная характеристика pn переходу

Коли до n-Облети приєднують позитивний полюс джерела, pn перехід пропускають тільки малий струм неосновних носіїв. Лише при дуже великій напрузі сила струму різко зростає, що обумовлено електричним пробоєм переходу (зворотний напрямок, ліва гілка ВАХ).

При включенні в ланцюг змінного струму pn переходи діють як випрямлячі.

Пристрій в ланцюг пременно струму pn перехід, називається напівпровідниковим (кристалічним) діодом. Умовне позначення напівпровідникового діода (рис 7).

Ріс7 Умовне позначення напівпровідникового діода

Найпростіші схеми випрямлення змінного струму показані на ріс8. Їм відповідає графіки залежності (сили струму через навантаження R від часу) на ріс9.

Ріс8. Схеми найпростіших випрямлячів на напівпровідникових діодах

Внаслідок односторонньої провідності напівпровідникового діода струм в опорі навантаження R (Ріс8 а) протікає тільки в ті напівперіоди, коли pn перехід працює в пропускному напрямку.

Для зменшення пульсації в схему на ріс8б включений сглажівающтй фільтр, що представляє собою конденсатор ємністю С, включений паралельно навантаженні R.

Від прикладеної напруги залежить не тільки провідністю але й електрична ємність pn переходу.

Для бар'єрної ємності різкого симетричного pn переходу маємо:

Для різкого несиметричного переходу при NA >> ND

На рис 10 приведена залежністьвід напруги (вольтфарадная характеристика) для різкого pn переходу. При V> 0 ємність різко зростає, однак у цьому випадку розрахунки бар'єрної ємності, проведені для об'єднаного переходу, не зовсім адекватні.

Рис 10 Вольтфарадная характеристика pn переходу.

Ріс11 Визначення концентрації домішок по вольтфарадной характеристиці.

За характером залежності C = f (V) на основі вираженія10 можна судити також про розподіл домішок на pn переході.

(11)

Хід роботи

Схема КД 521.

Значення напруги і струму для прямого режиму.

 N U, B A, mkA

 1 0.35 0.001 1.641 2.692

 2 0,40 0.014 1.628 1.276

 3 0.45 0.047 1.595 2.544

 4 0.50 0.151 1.491 2.223

 5 0.55 0.412 1.230 1.512

 6 0.60 1.370 0.272 0.074

 7 0.65 2.870 1.228 1.507

 8 0.70 8.260 6.610 43.790

 1.642 6.952

За отриманими даними побудували вольтамперних характеристику діода, використовуючи програму EXCEL з Microsoft Office.

Побудуємо лінію тренда для прямої гілки ВАХ і отримаємо рівняння цієї лінії для всіх типів діодів.

; = 0.124

Схема КД 226.

 N U, B A, mkA

 1 0.35 0.023 2.051 4.210

 2 0,40 0.090 1.984 2.936

 3 0.45 0.306 1.768 3.125

 4 0.50 1.060 1.014 1.028

 5 0.55 2.820 0.745 0.555

 6 0.60 8.150 6.075 36.905

 2.075 8.126

Лінія тренда.

; = 0.271.

= 12.56;

Схема ПД.

 N U, B A, mkA

 1 0.20 0.392 1.202 1.444

 2 0,25 0.791 0.803 0.645

 3 0.30 1.400 0.194 0.037

 4 0.35 2.330 0.736 0.541

 5 0.40 3.660 2.066 4.268

 6 0.45 6.250 4.656 21.678

 7 0.50 9.740 8.145 66.341

 1.594 13.472

Лінія тренда

; = 0.320

Висновок: Отримані ВАХ наочно показують що pn перехід має однобічну провідність. У прямому включенні сила струму швидко зростає зростанням напруги.

Для КД 521 лінія тренда має рівняння y = 18,172x - 7,8998.

Для КД 226 лінія тренда має рівняння y = 28,331x - 11,382

Для ПД лінія тренда має рівняння y = 29,444x - 6,7965

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка