3. Задание
3.1. Исследовать зависимость обратного тока германиевого диода от температуры.
3.2. Вычислить ширину запрещенной зоны германия.
4. Порядок выполнения работы
4.1. Экспериментальная установка состоит из воздушного термостата (металлическая полость), электроплитки и электрической схемы (рис. 4.1), включающей исследуемый диод (V5) и термосопротивление (R4) для измерения температуры.
4.2. Снять крышку термостата, установить диод и термосопротивление на одном уровне так, чтобы диод и R4 оказались потом примерно в середине металлической полости. Закрыть крышку.
4.3. Включить установку. При этом на исследуемый диод подается запорное напряжение, равное 2,5 В. Убедиться по прибору Р1, что Jобр не превышает 2 мкА.
Электрическая схема экспериментальной установки
Рисунок 4.1
4.4. С помощью потенциометра R2 установить такой ток, чтобы потенциалы точек А и В были равны. При VА=VB ток через Р2 равен нулю. (При изменении температуры сопротивление R4 изменяется, нарушается равновесие плеч моста и через Р2 будет течь ток, пропорциональный изменению температуры). Формула, по которой определяется температура внутри термостата, имеет вид
Т=Т0+
J,
(4.1)
где Т0 – температура в лаборатории, К;
= 1,5 град/мкА, коэффициент пропорциональности (точное значение указано на макете);
J – ток через Р2, мкА
4.5. Включить электроплитку. Измерения тока через исследуемый образец проводить через 5 0С. Учесть, что наиболее сильное изменение тока будет при Т>40 0С. Измерения проводятся до тех пор, пока один из приборов не зашкалит (это происходит при Т=600). После этого нужно выключить установку и электроплитку.
4.6. Результаты измерений внести в таблицу.
J, мкА |
Т, 0С |
Т, К |
1/Т, 10-3 К-1 |
Jобр мкА |
ln Jобр |
|
|
|
|
|
|
4.7. По результатам измерений построить зависимость lnJобр=f(1/T) и вычислить (в эВ).
5. Контрольные вопросы
5.1. Каков смысл понятий «валентная зона», «зона проводимости», «запрещенная зона»?
5.2. Что такое «дырка» с точки зрения зонной теории?
5.3. Каков физический смысл уровня Ферми?
5.4. Каким образом создается в полупроводниках р- или n – типа проводимость?
5.5. Объясните механизм электропроводности собственных и примесных полупроводников.
5.6. Нарисуйте зонные диаграммы полупроводников р-типа и n-типа. Зонную диаграмму p-n – перехода. Объясните их.
5.7. Чем обусловлен обратный ток полупроводникового диода?
5.8. Почему в данной работе исследуемый диод нужно включать в запорном направлении?
Порядок выполнения виртуальной лабораторной работы №8
1.Включите лабораторную установку, выбрав пункт меню «Сеть». В окне визуализации вы можете наблюдать изображение энергетической структуры p-n –перехода и движение заряженных частиц.
2. Включите нагрев,выбравпункт меню «Нагрев».вероятность возникновения частиц увеличивается с ростом температуры, при этом изменяется ток, протекающий через диод. На термометре Вы можете наблюдать рост температуры.
3. Через
каждые 8-12
К выбирайте пункт меню «Запись» для
занесения значений температуры и тока
в журнал измерений.
4. Выполнив 8-12 измерений , отключите нагрев (это происходит автоматически при Т=400 К).
5. Выберите пункт меню «Журнал» .Просмотрите информацию о проведенном эксперименте . Если результаты Вас не удовлетворили, можно очистить журнал и провести весь эксперимент зановов соответствии с пп.2-4.
6. Выключите лабораторную установку , выбрав пункт меню «Сеть».
7. Выберите пункт меню «Закончить работру» для завершения экспериментальных измерений.