5. Выводы

В результате проделанной лабораторной работы мы убедились в линейной зависимости величины натурального логарифма обратного тока диода от величины, обратной абсолютной температуре, так как смогли (в пределах погрешностей измерений) построить интерполирующую прямую в координатах ln I_обр – 1/T.

6.Контрольные вопросы

1.) Каков смысл понятий “валентная зона”, “зона проводимости”, “запрещённая зона”?

“Валентная зона” – значения энергии электрона, при которой он связан с атомом.

“Зона проводимости” – значения энергии электрона, при которой он является свободным, т.е. оторванным от атома.

“Запрещённая зона” – значение энергии электрона не соответствующее ни каким возможным стационарным движениям.

2.) Что такое “дырка” с точки зрения зонной теории?

“Дырка” – незанятое состояние в электронной оболочке атома или молекулы.

3.) Каков физический смысл уровня Ферми?

Уровень Ферми – это энергетический уровень, соответствующий энергии Ферми, физический смысл которой - распределения электронов по состояниям: т.е энергия Ферми - это максимально допустимая энергия, ниже которой при нулевой абсолютной температуре все энергетические уровни заняты [f(E) = 1], а выше которой все  уровни пусты  [f(E) = 0]. Для полупроводников, у которых при абсолютном нуле валентная зона полностью заполнена, а зона проводимости совершенно свободна, функция распределения имеет разрыв. Следовательно, уровень Ферми в полупроводнике должен лежать при абсолютном нуле в запрещенной зоне.

4.) Каким образом в полупроводниках создается проводимость р- или n- типа?

Проводимость р- или n- типа в полупроводниках создаётся добавлением в кристалл примесей (атомов постороннего вещества) т.е. легированием.

Примеси делятся на доноры и акцепторы.

Доноры, или донорные примеси – это примеси, поставляющие электроны в объём полупроводника, т.е. увеличивающие электронную проводимость. Такие полупроводники, с преобладанием электронной проводимости над дырочной, называют полупроводниками n- типа.

Акцепторы, или акцепторные примеси – это примеси захватывающие валентные электроны вещества и создающие тем самым дырки. Такие полупроводники, с преобладанием дырочной проводимости над электронной называют полупроводниками p- типа.

5.) Объясните механизм электропроводности собственных и примесных полупроводников?

Электропроводность полупроводника при отсутствии в нём примесей называется его собственной электропроводностью.

В кристалле чистого полупроводника при нарушении ковалентных связей возникает одинаковое число свободных электронов и дырок. Одновременно с этим происходит обратный процесс – рекомбинация, при которой свободные электроны заполняют дырки, образуя нормальные ковалентные связи. При определённой температуре число свободных электронов и дырок в единице объёма полупроводника в среднем остаётся постоянным. При повышении температуры число свободных электронов и дырок возрастает, и проводимость значительно увеличивается.

Примесная проводимость – это проводимость, обусловленная внесением в кристаллические решетки чистых полупроводников примесей. Вводя в кристалл полупроводника атомы других элементов, можно получить в кристалле преобладание свободных электронов над дырками или, наоборот, преобладание дырок над свободными электронами.

6.) Нарисуйте зонные диаграммы полупроводников р- типа и n- типа, зонную диаграмму p-n перехода. Объясните их.

На рис.1 изображена зонная диаграмма полупроводника n – типа. Уровень энергии , соответствующий донорной примеси, лежит в запрещённой зоне “ниже”на 0,01эВ для германия и на 0,05 эВ для кремния. Поэтому уже при комнатной температуре почти все доноры будут ионизированы, т.е. “лишние” электроны атомов донорной примеси перейдут в зону проводимости. Концентрация электроновв зоне проводимости примерно равна концентрации атомов примеси, и уровень Ферми будет находиться при этом междуи.

На рис.2 изображена зонная диаграмма полупроводника p – типа. Уровень энергии акцепторов находится тоже внутри запрещённой зоны, но вблизи потолка валентной зоны. Для большинства акцепторов в германии разность-равна 0,01 эВ и (0,05+0,1) эВ в кремнии. Вследствие малости этой энергии акцепторы при обычных температурах будут все ионизированы, что соответствует переходу электронов из валентной зоны на акцепторный уровень; уровень Ферми в этом случае будет расположен междуи.

P – n – переход образуется при соединении полупроводников p- и n- типа(рис.3). На нём хорошо видно, что существует энергетический барьер для перехода основных носителей через p-n-переход.

Рис.1 Рис.2

Рис.3

7.) Чем обусловлен обратный ток полупроводникового диода?

Обратный ток полупроводникового диода обусловлен приложенным к нему напряжением. Чем напряжение больше, тем меньше обратный ток.

8.) Почему в данной работе исследуемый диод нужно включать в запорном направлении?

Целью данной работы является исследование температурной зависимости обратного тока стандартного диода и определение ширины запрещенной зоны полупроводника, из которого изготовлен диод. Поэтому, включая в запорном направлении исследуемый диод, мы, исследуя температурную зависимость обратного тока этого диода, можем измерить ширину запрещённой зоны собственного полупроводника, из которого изготовлен данный диод.