Указания по подготовке к работе

1. Изучить теорию туннельного эффекта для прямоугольного потенци- ального барьера. Получить выражение (15.3) для коэффициента прозрачно- сти прямоугольногобарьера.

2. Оценить энергию Ферми в материале германиевого туннельного дио- да из следующих представлений. ПриT= 0 К функция Фермиw(E, 0) = 1для

всех энергийEE_F.Тогда концентрация носителей (известная) связана с

E_F

энергией Ферми соотношением

N_

E_C

G(E)dE. Используя выражение (15.5),

12m^{3 2}

получаемN

_{ } ^E_F^E_C^{32, откудаE}_F^E_C^{ .При}

3^{2 2 2m}

^{расчетах принять концентрацию электронов и дырок равной}810²⁵м^–3.

3. Найтиэнергию

Е_т, соответствующую максимуму функции распреде-

ления электронов в зоне проводимости, исследованием на экстремум функ-

ции (15.4):

dn dE_EEm

0 . Для самопроверки здесь приводится сразу ко-

нечныйрезультат:

E_FE_m1.1kT.

4. Оценитьзначения

^Umax

^иUmin

вольтамперной характеристики гер-

маниевого туннельного диода. Расчет вести по формулам

U_max2(E_FE_m)e; U_min2(E_FE_c)e.

Результаты сравнить со справочными значениями соответствующих па- раметров для исследуемого туннельного диода.

5. Используя типичные параметры германиевого туннельногодиода

(ширина запрещенной зоны

E_g0.67 эВ, толщина перехода

l2 нм, пло-

щадьперехода

S10^–3см^{2), по формуле (15.3) оценить вероятность тун-}

нельногопереходаэлектронов через барьер. Энергию частицы принять

равной

EE_mE_CE_FE_C1.1kT, высоту барьера определить выраже-

ниемU₀2(E_FE_C)E_g.

6. Поформуле

I_maxeSND

оценить ток вмаксимуме

вольтамперной характеристики диода. Результат сравнить с эксперименталь-

ным значением

^Imax

для исследуемого диода.

Указания по выполнению наблюдений

Включить установку. Изменяя потенциометромR(ручка «Смещение» на панели прибора) ток диода, снять вольтамперную характеристику диода. Ин- тервал прямых напряжений на диоде (0…0.5 В) разбить на 15–20 значений, в каждой точке устанавливать по возможности неизменное напряжение (с по- грешностью, допускаемой вольтметром), по миллиамперметру определять ток диода. Повторить снятие вольтамперной характеристики 5…7 раз в обе стороны (при увеличении и уменьшении напряжения на диоде). Данные представить в виде таблицы. Особое внимание обращать на фиксациюре-зультатов в экстремальныхточках.

Указания по обработке результатов и содержанию отчета

1. По результатам измерений построить график зависимости тока диода от напряжения смещения (вольтамперную характеристику). Для каждой пары значений ток – напряжение указать на графике доверительныеинтервалы.

2. Из графика найти значенияU_max,U_min

ную погрешность этих результатов.

иI_max. Оценить доверитель-

3. По полученнымрезультатам

^Umax^,

^Umin

^иImax

оценить положение

уровня Ферми, максимума плотности распределения электронов в зоне про- водимости по отношению к дну зоны проводимостиE_C, а также вероятность туннелирования электронов черезр–n-переход. Экспериментальные резуль- таты сравнить с результатами предварительных расчетов.

4. Сформулировать выводы поработе.