Описание метода и установки

Объектами исследования в данной работе являются два полупро­водниковых плоскостных диода: кремниевый и германиевый. Диоды по­мещены в термостат-резистор, расположенный на лицевой панели планшета. На этой панели размещены также клеммы и расшивочная панель электрической схемы установки, приведенной на рис. 6.

Питание электрической схемы осуществляется от источника пита­ния

Рис. 6

напряжением 12В, подключаемого к планшету с помощью штепсельного разъема. Электропита­ние системы термостабилизации (термостата) производится от сети 220В. Задание температуры производится регулятором температуры, расположенным на лицевой панели планшета. Измерение температуры производится с помощью термопарного термометра.

В работе предлагается определить энергию активации – ширину запрещенной зоны полупроводника . Опишем способы нахождения этой величины.

1-й способ: находится по температурной зависимости обрат­ного тока при больших (по модулю) обратных напряжениях – тока насыщения. При достаточно высоких значениях обратного напряжения обратный ток не зависит от напряжения и подчиняется уравнению (16). После логарифмирования (16) получаем

. (19)

Измерив на опыте величину тока насыщения при различных температу­рах и построив график зависимости от , по угловому коэффициенту полученной прямой находится энергия активации – ширина запрещенной зоны полупроводника :

. (20)

2-й способ: находится по температурной зависимости диф­ференциальной проводимости при нулевом смещении. После дифферен­цирования (12) при имеем

. (21)

У экспоненты в (21) зависимость от температуры более сильная, чем у множителя 1/kT. Поэтому с достаточно хорошим приближением можно за­писать, что

и . (22)

После построения графика зависимости от по угловому коэффи­циенту полученной прямой находится ширина запрещенной зоны .

3-й способ: находится по температурной зависимости пря­мого тока при фиксированном прямом напряжении . Прологарифмиро­вав правую и левую части уравнения (18), получим

= . (23)

где

. (24)

После построения графика зависимости от получается пря­мая, по тангенсу угла наклона которой находится величина A, а из нее и энергия активации .

Задание

1. Снять вольт-амперную характеристику германиевого и кремниевого диодов при трех значениях температуры во всем возможном диапазоне изменения напряжений. При этом особенно тщательно (с малым шагом) провести измерения вблизи нулевого значения напряжения как в прямом, так и в обратном направлениях. Регулирование напряжения производится потенциометром R₁ эмиттерного повторителя T₁. Полярность напряжения определяется положением переключателя П₁: прямое – "пр" и обратное – "обр". Напряжение на диоде определяется разностью потен­циалов между клеммами 7 или 8 (7 – для германиевого и 8 – для крем­ниевого диодов) и 11, измеряемой мультиметром типа C1-112. Величи­на тока, протекающего через диод, определяется по падению напряже­ния на резисторах R₂ – R₅ (R₂ = 10 кОм, R₃ = 1 кОм, R₄ = 1 МОм, R₅ = 1 кОм), измеряемого с помощью мультиметра типа C1-107. Выбор сопротивле­ний R₂ или R₃ для германиевого диода и R₄ или R₅ для кремниево­го диода определяется значением протекающего через диод тока.

2. Построить график зависимости логарифма тока насыщения от обратной температуры и найти ширину запрещенной зоны полупроводника для германиевого и кремниевого диодов.

3. Построить график зависимости логарифма дифференциальной проводимости в точке от обратной температуры и найти величину для обоих диодов.

4. Построить график зависимости логарифма прямого тока от при как можно большом значении прямого смещения и вычислить величину для обоих диодов.

5. Сравнить найденные различными способами величины друг с другом и с табличными значениями (для кремния = 1,08 эВ, для германия = 0,66 эВ).