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 Оценка рыночной стоимости объекта торговой недвижимости
Реферат Размещение графики в документе
Реферат Томас, Джордж Генри
Реферат «Тверская государственная сельскохозяйственная академия»
Реферат Повесть Карамзина Наталья, боярская дочь произведение эпохи сентиментализма
Реферат Евроинтеграция
Реферат Япония Особенности менталитета японцев
Реферат Persuasion Speech Essay Research Paper Rob BurkeCom
Реферат 2010 года Международная научно-практическая конференция «проблемы безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций»
Реферат Идейно-художественное своеобразие творчества Твардовского
Реферат Анализ и совершенствование деятельности коммерческого банка на примере ОАО АК БАРС Банк
Реферат Долгосрочное ипотечное жилищное кредитование
Реферат Dead Sea Scrolls Essay Research Paper The
Реферат Местное управление в России
Реферат Формування іміджу викладача у вищому навчальному закладі