нанка3туннель (1)
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)
Лабораторная работа №3
«Исследование туннельного эффекта»
по дисциплине «Наноэлектроника»
Выполнили: студенты группы №368-1
Бубнов В.Р.
Жанаева С.Б. Чевгунов И.В.
|
|
|
|
|
|
Проверил: |
|
|
|
|
Профессор каф. ПрЭ, |
||
|
|
|
|
|
Сахаров Ю.В. |
|
« _» |
|
|
2020 г. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Томск 2020
Цель работы: изучение туннельного эффекта, исследование его вольтамперной характеристики и построение энергетической диаграммы p-n– перехода.
Экспериментальная установка
Рисунок 1 – Схема установки для снятия вольтамперной характеристики туннельного диода.
Туннельный диод (ТД) подключен в прямом направлении к регулируемому источнику постоянного тока (ИПТ) с низким внутренним сопротивлением. Сопротивление источника питания должно быть меньше отрицательного сопротивления диода на падающем участке вольтамперной характеристики. Ток диода контролируется цифровым вольтметром (V1), включенным в выходную цепь источника питания, а напряжение на диоде измеряется цифровым вольтметром (V2), включенным параллельно диоду.
Основные расчетные формулы
Положение уровня Ферми относительно зоны проводимости:
Положение максимума функции распределения электронов и дырок n(Е), p(Е) относительно уровня Ферми:
Концентрация носителей в зонах вырожденного р-n-перехода:
Вероятность туннелирования электронов через потенциальный барьер в туннельном диоде:
А) треугольной формы
Б) прямоугольной формы
Высота барьера:
Энергия электрона:
Величина электрического поля:
Результаты измерений
V, мВ |
I, мА |
V, мВ |
I, мА |
0,39 |
0,24 |
190,1 |
10,34 |
7,5 |
0,47 |
244,7 |
8,3 |
11,1 |
0,64 |
306,2 |
6,11 |
16,1 |
0,99 |
318,5 |
6,12 |
18,2 |
1,18 |
325,3 |
6,27 |
21,5 |
1,44 |
352,8 |
5,99 |
31,5 |
1,96 |
372,1 |
5,53 |
32,4 |
1,93 |
386,5 |
5,58 |
44,5 |
2,63 |
429 |
5,9 |
46,2 |
3 |
504 |
4,77 |
50,9 |
3,37 |
632 |
0,69 |
57,8 |
3,6 |
687 |
0,84 |
56,6 |
4 |
753 |
1,2 |
61,2 |
4,6 |
777 |
1,38 |
61 |
4,99 |
817 |
1,73 |
70,2 |
5,4 |
858 |
2,23 |
70,2 |
5,74 |
891 |
2,7 |
71,78 |
6,1 |
930 |
2,34 |
79,5 |
6,4 |
964 |
4,01 |
89,5 |
6,3 |
1000 |
4,76 |
108 |
7,3 |
1031 |
5,54 |
136,3 |
9,1 |
1065 |
6,31 |
164,7 |
10,1 |
1087 |
7,33 |
155 |
9,07 |
1114 |
8,53 |
163,4 |
9,8 |
1138 |
7,57 |
168,2 |
9,97 |
1153 |
8,82 |
174,2 |
10,11 |
1168 |
9,9 |
187,5 |
10,07 |
1196 |
11,6 |
Рисунок 2 – Зависимость тока от напряжения для туннельного диода.
Рисунок 3 – Энергетическая диаграмма p-n перехода.
Ширина запрещенной зоны германия при комнатной температуре Eg=0.67
эВ.
Ширина p-n-перехода туннельного диода l=2 нм.
Характерные точки вольтамперной характеристики туннельного диода:
Энергетическое расстояние между уровнем Ферми и энергией, соответствующей максимуму функции распределения электронов:
Энергетическое расстояние между уровнем Ферми и дном зоны проводимости:
Концентрация носителей в зонах вырожденного p-n-перехода:
Вероятность туннелирования электронов через потенциальный барьер в туннельном диоде:
А) треугольной формы
Б) прямоугольной формы
Где |
– величина электрического поля. |
Заключение
В лабораторной работе мы изучили туннельный эффект и вольтамперную характеристику туннельного диода. Вольтамперная характеристика реального диода имеет вид неравномерного графика, но соответствует ожидаемым результатам в целом. Коэффициенты прохождения, определяющие вероятность туннелирования меньше нормальных значений в несколько раз из-за малой величины высоты барьера и энергии частицы. Положение максимума функции распределения электронов и дырок n(Е), p(Е) относительно уровня Ферми отличается от действительного на сотые доли.