Реферат по предмету "Физика"


Изучение электрических свойств p-n перехода

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
БАШКИРСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Математическийфакультет
Лабораторнаяработа №5
Изучениеэлектрических свойств p-nперехода

Выполнила:студентка гр. 47а
НигматьяноваВ. Д.
Проверила:
СагдаткирееваМ. Б.
Уфа– 2010

 
Изучение свойств p-nперехода
 
Приборы ипринадлежности: измерительное устройство, объекты исследования (диоды).
Цель работы: 1) Изучение свойств p-n перехода.
2)Получение вольтампернойхарактеристики.
3)Получение вольтфараднойхарактеристики.
4)Определениеконцентрации примеси.
Краткая теория.
Полупроводники могутиметь два типа примесной проводимости: электронную (n-тип), обусловленную донорными примесями, и дырочную (p-тип), обусловленную акцепторнымипримесями. В n-полупроводнике основные носителизаряда – электроны, а в p-полупроводнике-дырки.Кроме основных носителей заряда в каждом веществе в значительно меньшемколичестве содержатся и неосновные носители заряда противоположного знака. Онивозникают за счет разрушения ковалентных связей.
Граница соприкосновениядвух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой – дырочнуюпроводимость, называется p-n переходом. Практически p-n переход создается не механическим контактом двухполупроводников, а внесением донорных и акцепторных примесей в различные частичистого полупроводника. Эти переходы являются основной большинства современныхполупроводниковых приборов.
По своему характеру p-n переходы бывают резкие и плавные, симметричные инесимметричные. В резких p-n переходах концентрация доноров иакцепторов меняются скачкообразно на границе раздела. В симметричных p-n переходах концентрация основных носителей по обе стороны переходаравны, в несимметричных – резко различаются.
Рассмотрим резкий p-n переход (рис 1), в котором концентрация дозорной NDи акцепторной NA примесной изменяются скачком награнице раздела. Будем считать, что переход является несимметричным, например NA>ND. Обозначим концентрацию основных носителейв p-n области через pp, в n- области через nn, а концентрацию неосновных носителейсоответственно через np и pnсоответственно. При комнатной температуреобычно все примесные уровни ионизованы, тогда справедливо pp=NA и nn=ND.
а) />
б) />
Рис 1. Структура p-n перехода (а), распределение примесной (б)
В состоянии термодинамическоеравновесия концентрации основных и неосновных носителей связаны законом действующихмасс:
/> (1)
где /> — концентрация собственныхносителей тока.
Электроны из n-области, где их концентрация вышебудут диффундировать в p-область.Диффузия дырок будет происходить в обратном направлении. За счет ухода дырок вслое p- области, примыкающем к границераздела появится отрицательный объёмный заряд, обусловленный некомпенсированнымиотрицательными ионами акцепторной примеси. Аналогично диффузия электронов из n- и p- область будет сопровождаться образованием положительногозаряда ионами донорной примеси в n-области.Наличие заряда в приконтактной облети вызывает появление электрического поля.Следовательного, на границе раздела имеется разность потенциалов />, называемая контактной.Это поле называется дрейфовый ток неосновных носителей, направленныйпротивоположно диффузионному току. При равновесии дифузинный и дрейфовый токираны друг другу по величине. Физическим условием равновесия p-n перехода являются постоянство уровня Ферми для системы./>
Уровнем Ферми />называется энергия уровня,отделяющего занятые уровни от свободных. Среднее число электронов на уровне сэнергией E определяется формулой квантогораспределения Ферми-Дирака
/> (2)
Следовательно уровеньФерми можно определить как уровень, вероятность заполнения которого равна 1/2.
Энергетическая диаграмма p-n перехода в условиях равновесия приведена на рис 2.
/>
Рис 2. Энергетическаядиаграммы p-n перехода в условиях равновесия.

Величина контактнойразности потенциалов /> на переходебудет равна
/>
где e- заряд электрона.
/>
Рис 3. Запирающеевключение внешнего поля.
Высота потенциальногобарьера p-n перехода определяется отношением концентраций однотипныхносителей на границах перехода и тем выше, чем сильнее легированыполупроводники. Ее максимальное значение определяется шириной запрещенной зоныполупроводникив
/> (4)
Если приложить кполупроводнику внешнее поле, направление которого совпадает с полем контактногослоя, основные носители тока уходят от границы p-n перехода. Врезультате запирающий слой расширяется и его сопротивление возрастает. Ток вполупроводике создается за счет неосновных носителей и практически отсутствуютТакое включение называется обратным или запирающим(Рис.3).
Если внешнее поленаправлено в противоположную сторону, то оно вызывает движение носителейнавстречу друг другу к границе прехеода. В этой области они рекомендуют, ширинаконтактного слоя и его сопротивление уменьшается. В цепи возникает прямой ток,созданный основными носителями.
/>
Рис.4. прямое включение p-n перехода
Ширина p-n перехода при приложенном внешнем поле описывается выражением
/>, (5)
где V>0 соответствует прямомувключению, а V
Таким образом, p-n переход обладает односторонней проводимостью. В прямомвключении сила тока быстро возрастает с ростом напряжения носителями и резковозрастает при электрическом пробое.
На Рис.6 представленавольтамперная характеристика (ВАХ) p-n- перехода.
/>
Рис6 Вольтампернаяхарактеристика p-n перехода
Когда к n-облети присоединяют положительныйполюс источника, p-n переход пропускают только малый токнеосновных носителей. Лишь при очень большом напряжении сила тока резковозрастает, что обусловлено электрическим пробоем перехода(обратноенаправление, левая ветвь ВАХ).
При включении в цепьпеременного тока p-n переходы действуют как выпрямители.
Устройство в цепьпременного тока p-n переход, называется полупроводниковым(кристаллическим)диодом. Условное обозначение полупроводникового диода(рис 7).
/>
Рис7 Условное обозначениеполупроводникового диода
Простейшие схемывыпрямления переменного тока показаны на рис8. Им соответсвует графикизависимости />(силы тока через нагрузку R от времени) на рис9.

/> /> />
Рис8. Схемы простейшихвыпрямителей на полупроводниковых диодах
Вследствии одностороннейпроводимости полупроводникового диода ток в нагрузочном сопротивлении R(Рис8 а) протекает только в теполупериоды, когда p-n переход работает в пропускномнаправлении.
Для уменьшения пульсациив схему на рис8б включен сглаживающтй фильтр, представляющий собой конденсаторемкостью С, включен параллельно нагрузке R.
От приложенногонапряжения зависит не только проводимостью но и электрическая емкость p-n перехода.
Для барьерной емкостирезкого симметричного p-n перехода имеем:
/>
Для резкогонесимметричного перехода при NA>>ND
/>
На рис 10 приведеназависимость /> от напряжения(вольтфарадная характеристика) для резкого p-n перехода. При V>0 емкость резко возрастает, однаков этом случае расчеты барьерной емкости, проведенные для объединенногоперехода, не совсем адекватны.

/>
Рис 10 Вольтфараднаяхарактеристика p-n перехода.
/>
Рис11 Определениеконцентрации примесей по вольтфарадной характеристике.
По характеру зависимости C=f(V) на основевыражения10 можно судить также о распределении примесей на p-n переходе.
/> (11)
/>
Ход работы
 
Схема КД 521.
Значения напряжения и токадля прямого режима. 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
По полученным даннымпостроили вольтамперную характеристику диода, используя программу EXCEL из Microsoft Office.
Построим линию тренда дляпрямой ветви ВАХ и получим уравнение этой линии для всех типов диодов.
/>
/>; />=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
/>
Линия 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
/>
Линия тренда
/>

/>; />=0.320
/>
/>
Вывод: Полученные ВАХнаглядно показывают что p-n переход обладает одностороннейпроводимостью. В прямом включении сила тока быстро возрастает с ростомнапряжения.
Для КД 521 линия трендаимеет уравнение y = 18,172x — 7,8998.
Для КД 226 линия трендаимеет уравнение y = 28,331x — 11,382
Для ПД линия тренда имеетуравнение y = 29,444x — 6,7965


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Андрей Болконский натура богатая, цельная,волевая. Он- человек долга, чести, готовый отдать все ради благородной цели
Реферат Алгоритмические языки и программирование Системное программное обеспечение Технология программирования"
Реферат Bacteria Essay Research Paper Scott Bradford 10122000
Реферат Pride And Prejedice Character Essay Research Paper
Реферат Этические ценности в философии Украины (Сковорода, Юрквич, Шевченко)
Реферат Томас Манн Будденброки
Реферат Andrew Marvell
Реферат Проблемы принятия долгосрочных управленческих решений по капиталовложениям с учётом особенностей
Реферат Топики по английскому языку /English/
Реферат Особенности психологизма А. С. Грина на примере рассказов "Крысолов" и "Рассказ Бирка", "Зеленая лампа"
Реферат Королева Вікторія
Реферат Відомі мислителі про мистецтво усного публічного мовлення
Реферат Анестезия у больных в экстренной хирургии
Реферат Образ Остапа и Андрия в повести Н.В. Гоголя Тарас Бульба
Реферат 1  Світогляд як одна з найважливіших ознак І особливостей людини