Изучение некоторых свойств полупроводникового диода (Лабораторная работа № 9)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА  №  9.

ИЗУЧЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

ДИОДА

      Цель работы:  получение статистических вольтамперных характеристик полупроводникового диода и определение  его  параметров по снятым характеристикам.

     Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, ключ “К”, коммутатор “П”, потенциометр , вольтметр, миллиамперметр, микроамперметр, низкочастотный диод, звуковой генератор, осциллограф, резистор , магазин сопротивлений , конденсатор .

Теоретическое введение.

              Полупроводниковые материалы обладают рядом специфических свойств, которые хорошо объясняются зонной теорией теорией твердых тел. Электроны в изолированном атоме могут находиться на определенных энергетических уровнях. При образовании из отдельных атомов кристаллической решетки их энергетические уровни объединяются, образуя энергетические зоны, разделенные запрещенными зонами, где электроны не могут находиться. Число уровней равно числу атомов в кристалле. Зона, образованная уровнями валентных электронов,  называется валентной зоной. Зона разрешенных значений энергии, свободная от электронов при абсолютном нуле температуры, называется зоной проводимости. Валентная зона отделена от зоны проводимости интервалом запрещенных энергий - запрещенной зоной. В зависимости от ширины запрещенной зоны твердое тело является полупроводником (рис. 9.1а) или диэлектриком (рис. 9.1б).

(а)                                                              (б)

Рис. 9.1. Зонная модель полупроводника (а) и

диэлектрика (б).

Для диэлектриков ширина запрещенной зоны составляет величину более 2 эВ.

При абсолютном нуле температуры в полупроводниках и  диэлектриках валентная зона полностью занята электронами, а зона проводимости свободна от электронов. При температуре выше  абсолютного нуля некоторая часть электронов валентной зоны вследствие  теплового возбуждения может получить энергию, достаточную для их перехода в зону проводимости. В результате  такого  перехода  в  зоне проводимости появится некоторое  количество  электронов,  которые могут принять участие в процессе проводимости. При этом в  валентной зоне образуется такое же количество свободных состояний (вакансий). Вакантные состояния  заполняются  электронами  валентной зоны, что приводит к движению вакансий. Движение вакансий  происходит в направлении, обратном движению электронов, и подобно движению положительных частиц ("дырок"). Наличие электронов  в  зоне проводимости определяет электронную проводимость, а наличие  "дырок" в валентной зоне - дырочную проводимость. В чистом  полупроводнике концентрация электронов, перешедших в зону  проводимости, равна концентрации "дырок" в валентной зоне.

     При введении в кристаллическую решетку полупроводника примесей образуются дополнительные  локальные  энергетические  уровни. Если уровни примеси заполнены  электронами  (донорные  уровни)  и располагаются вблизи зоны проводимости полупроводника, то для перехода электронов из донорных  уровней  в  зону  проводимости  им необходимо сообщить энергию , намного меньшую ширины запрещенной зоны   (рис.9.2а).

                        (а)                                                                           (б)

Рис. 9.2. Зонная модель донорного (а) и акцепторного (б)

полупроводника.

     Проводимость полупроводника с донорной  примесью  называется электронной проводимостью или проводимость -типа. Основными  носителями электрического тока при воздействии внешнего  электрического поля являются электроны, не основными  -  “дырки”. Концентрация -электронов в зоне проводимости значительно превышает концентрацию “дырок”  , в валентной зоне ().

     Локальные примесные энергетические  уровни  могут  образовываться вблизи валентной зоны. Такие уровни, называемые  акцепторными уровнями, имеют вакансии, которые могут быть заполнены электронами, возбужденными из валентной зоны. Переход  электронов  из валентной зоны на примесные акцепторные уровни  осуществляется  с меньшей затратой энергии ()             Концентрация "дырок" в валентной зоне () становится  больше  концентрации  свободных электронов () в зоне проводимости,  т.е.  основными  носителями электрического тока при наложении  внешнего  электрического  поля являются "дырки", а проводимость такого примесного  полупроводника называется дырочной или проводимостью -типа.