Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки

Схема установки для снятия вольтамперных характеристик представлена на рис. 30.7. При исследовании прямых токов через диод используется миллиамперметр и милливольтметр. Напряжение регулируется реостатом R1.

Для измерения малых обратных токов применяется микроамперметр. Обратное напряжение регистрируется вольтметром. В отличии от схемы для измерения прямого тока в схеме обратного тока вольтметр подключен параллельно цепи, состоящему из диода и микроамперметра.

Это сделано с целью устранения значительной погрешности в измеряемой величине обратного тока, которая происходила бы за счет шунтирования большого обратного сопротивления диода сравнимым по величине внутренним сопротивлением вольтметра. При включении вольтметра параллельно диоду и микроамперметру, измеряется действительная величина обратного тока, но в показание вольтметра входит падение напряжения не только на диоде, но и на микроамперметре. Поскольку сопротивление микроамперметра очень мало, то падением напряжения на нем можно пренебречь по сравнению с большим обратным напряжением на диоде. В этом состоит особенность схемы измерения обратного тока в отличие от схемы измерения прямого тока.

Порядок выполнения работы

1. Изучить схему установки для исследования полупроводникового диода. Проследить различие в способе включения вольтметра и милливольтметра в частях схемы, предназначенных для измерения прямого и обратного токов.

2. Снять прямую ветвь вольтамперной характеристики диода, для чего включить переключатель направления тока в положение “прямой ток” и, регулируя напряжение реостатом R1, записать последовательные значения прямого тока через диод, отсчитанные по шкале амперметра.

3. Снять обратную ветвь вольтамперной характеристики диода. Для этого включить переключатель в направлении “обратный ток”. Регулируя величину обратного напряжения на диоде реостатом R2, измерить последовательные значения напряжения по шкале вольтметра и обратного тока по шкале микроамперметра.

5. По данным эксперимента построить график вольтамперной характеристики диода, откладывая в положительных направлениях оси х– значения прямого напряжения в милливольтах, осиу– значения прямого тока в миллиамперах. В отрицательных направлениях осихотложить значения обратного напряжения в вольтах, а по осиу– соответствующие значения обратного тока в микроамперах.

Данные эксперимента занести в таблицу.

№ п/п	Прямая ветвь		Обратная ветвь
	U, мВ	I, мА	U, В	I, мкА
1
п

Обработка результатов измерений

Построить график вольтамперной характеристики исследованного диода и вычислить его коэффициент выпрямления, равный отношению прямого тока к обратному при одном напряжении как для прямого так и для обратного токов.

Контрольные вопросы

1. В чём заключается отличие собственной и примесной проводимости полупроводников?

2. Какие примеси называют донорными и какие акцепторными?

3. Почему примесные энергетические уровни донорных атомов находятся вблизи дна зоны проводимости?

4. Что такое эффективная масса электрона в кристалле?

5. Что сильнее влияет на связь электрона с примесным атомом: изменение диэлектрической проницаемости или эффективной массы?

6. Какие примеси называются донорными, акцепторными?

7. Где расположен уровень Ферми в собственном полупроводнике, в донорном, в акцепторном?

8. Почему, находясь на акцепторном уровне электроны не могут перемещаться по кристаллу?

9. Почему движение электронов на уровнях вблизи потолка валентной зоны эквивалентно движению положительных зарядов?

10. Почему влияние легирования на электрические свойства полупроводника существенно только в определенном температурном интервале? Чем определяются его границы?

11. Какие носители заряда называют основными и неосновными?

12. Какие процессы должны были бы протекать на границе раздела при приведение в идеальный контакт двух полупроводников с различным типом проводимости?

13. Чем определяется ширина областей объемного заряда в полупроводнике в окрестности p-n-перехода?

14. Объясните природу возникновения внутреннего поля в области p-n-перехода.

15. Почему сопротивление области полупроводника в пределах существования объемного заряда велико?

16. Изобразите графически влияние внешнего поля на величину объемного заряда и распределение потенциала в окрестности p-n-перехода.

17. Почему потенциал электрона в р-области меньше, чем вn-области, а потенциальная энергия – больше?

18. Нарисуйте примерный вид энергетической диаграммы полупроводника в окрестности p-n-перехода в равновесном состоянии, в открытом состоянии, в закрытом состоянии.

19. Какова природа и направление генерационной составляющей электронного тока через p-nпереход?

20. Каково направление и природа рекомбинационной составляющей электронного тока через p-nпереход?

21. В каком случае генерационный и рекомбинационный токи равны?

22. Выведите соотношение, аналитически описывающее ВАХ диода.