Методика эксперимента и экспериментальная установка
В технике широкое распространение имеет применение p-n переходов. p-n переход можно «вырастить», например, когда на германиевую подложку (полупроводник n – типа) наклады-вают индиевую таблетку (полупроводник р – типа) и нагревают в печи до спекания, т.е. образования p-n перехода. Толщина слоя p-n перехода порядка 10-6 10-7 м. Для электронов возникает потенциальный барьер:
e = EFp – EFn = Ар - (16)
Размеры области p-n перехода и величину потенциального барьера e можно менять с помощью внешнего электрического поля. Результирующий ток I через р-n переход имеет вид:
I = In-p - Iр-n = 0I (exp [ (eU)/(kT)] – 1) (17)
Из соотношения (17) видно, что р-n переход обладает односторонней проводимостью.
На рис. 5. представлена вольтамперная характеристика p-n перехода. Следует отметить, что на рис. 5 за положительное направление оси U выбран знак величины U при прямом включении.
Рис. 5. Вольт-амперная характеристика p-n перехода.
Участок АВ соответствует прямому включению, а участок ВС – обратному включению. При больших полях обратного включения возможен «пробой» – участок СD.
Экспериментальная установка и методика измерений
с p-n переходом
Экспериментальная установка схематично изображена на рис. 6.
p-n переход с сопротивлением R подключают к источнику напряжения и помещают в термостат
В установке предусмотрена возможность плавного изменения температуры термостата и ее измерения цифровым термометром
Рис. 6. Блок-схема экспериментальной установки.
Порядок выполнения исследований
1.На первом этапе эксперимента исследуется вольтамперная характеристика p-n перехода (рис. 5.) при комнатной температуре термостата. Результаты измерений заносят в таблицу 1.
Таблица 1.
U, мВ |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
450 |
I, А |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Строят график вольтамперной характеристики.
3.На втором этапе эксперимента изменяя и измеряя температуру термостата при фиксированном значении напряжения прямого включения U снимают зависимость тока в цепи от температуры полупроводника. Результаты измерений заносят в таблицу 2.
Таблица 2.
Т , 0С |
Tком |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
Т , 0К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1/Т, К -1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I , А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ln(I) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если снимать температурную характеристику для малых U, т.е exp(eU/kT)<<1, то выражение (17) можно записать :
I (eBU)/kT exp(- e / kT) (18)