Elektrichestvo_i_Magnetizm_18lr_sec

9. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.

Обработка результатов измерений

1. Используя данные таблицы 1 и формулы (7) и (8), рассчитайте поляризованность и напряженность поля при насыщении сегнетоэлектрика:

Результаты расчетов записывайте в табл. 1.

2. Используя данные таблицы 1, рассчитайте спонтанную поляризованность РS , остаточную поляризованность Рост и коэрцитивную силу ЕК по

формулам:

Результаты расчетов занести в табл. 1.

3. Используя данные таблицы 1 и 2, рассчитайте значения поляризованности, напряженности и диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика по формулам

Результаты расчетов занести в табл. 2 и на их основании построить графики зависимостей

Р = f (E) и ε = f (E).

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1.Какие вещества называются диэлектриками?

2.Что такое электрический момент диполя?

3.Что такое поляризованность диэлектриков?

4.Особое свойство сегнетоэлектриков?

5.Чем обусловлена спонтанная поляризованность сегнетоэлектриков?

6.Что такое гистерезис?

121

7.Что такое домены?

8.Что такое коэрцитивная сила?

9.Применение сегнетоэлектриков.

Ли т е р а т у р а

3.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1989. –

§§16.2, 16.3.

4.Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977. – §§ 31, 32.

122

Работа № 16. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОГО ПЕРЕХОДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

ЦЕЛЬ: Построение вольт-амперной характеристики полупроводникового диода, определение контактной разности потенциалов невырожденного p-n-перехода.

ОБОРУДОВАНИЕ: регулируемый источник постоянного напряжения, мультиметры, миниблоки «Выпрямительный диод», «Сопротивление» 10 Ом, осциллограф.

В в е д е н и е

Теория невырожденного p-n-перехода

Зона контакта двух невырожденных полупроводников p- и n-типа, называемая p-n-переходом, является основным элементом большинства полупроводниковых приборов. Полупроводник называется невырожденным, если он легирован небольшим количеством примесей так, чтобы их валентные электроны не образовывали зону. В полупроводнике n- типа основными носителями заряда являются электроны, отданные до-

Рис. 1

123

уходят в n-полупроводник, оставляя неподвижные ионы акцепторов с отрицательным зарядом. На границе возникают области объёмных зарядов, которые образуют двойной электрический слой толщиной 0,1 – 1 мкм с контактной разностью потенциалов Uк. На рис. 1 показано равновесное распределение потенциала электрического поля и потенциальной энергии электронов и дырок W=qϕ в p-n-переходе. Диффундируя, электроны и дырки рекомбинируют друг с другом. Поэтому p-n- переход оказывается сильно обеднённым носителями заряда иrприобретает большое сопротивление. Контактное электрическое поле Eк препят-

где I0 – константа, зависящая от природы контактирующих полупроводников, qUк – высота потенциального барьера, kТ – мера тепловой энергии.

Рассмотрим влияние внешнего электрического поля

переходу приложено прямое напряжение U: потенциал n-области – отрицательный, потенциал р-области – положительный. Внешнее поле ос-

124

125

производится с помощью термопары, которая подключается к мультиметру, используемому в режиме измерения температуры.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы Задание 1. Изучение ВАХ диода

Выполнение измерений

7.Соберите электрическую цепь по монтажной схеме, приведенной на рис.7.

8.Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка».

Рис. 7. Монтажная схема для исследования прямой ветви ВАХ диода: обозначения 2, 3 – см. на рис. 16.5

3. Кнопками «Установка напряжения 0 … +15 В» на регулируемом источнике питания увеличивать напряжение на диоде. Провести измерения для значений тока в диапазоне до 30 мА. Особое внимание надо обратить на область U<0,5 В. Результаты записать в таблицу 1.

4. Выключить блок питания генераторов напряжений.

127

5. Не изменяя монтажную схему 7, изменить полярность подключения (рис. 8). Поскольку обратный ток составляет несколько мкА, диапазон миллиамперметра установить на 2 мА.

6.Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения.

7.Кнопками «Установка напряжения 0 … +15 В» на регулируемом источнике питания увеличивать напряжение на диоде. Провести измерения для значений напряжения от 0 до –15 В. Результаты записать в таблицу 1.

8.Выключить блок питания генераторов напряжений.

Рис. 8. Монтажная схема для исследования обратной ветви ВАХ диода

128

Задание 2. Изучение температурной зависимости тока дрейфа диода

Выполнение измерений

1. Соберите электрическую цепь по монтажной схеме, приведенной на рис.9.

2. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.

3.В табл. 2 записать значение обратного тока при комнатной температуре.

4.Кнопками «Установка напряжения 0 … +15 В» на регулируемом источнике питания увеличивать напряжение на обмотке нагревателя до нескольких вольт.

5.По мере роста температуры диода обратный ток через диод будет расти. Температуру и значение обратного тока необходимо записывать в табл. 2. Нагрев должен быть не слишком быстрым (~ на 1–2º за 1 мин.). Если нагрев слишком быстрый, необходимо уменьшить напряжение на обмотке. Нагревать диод до температуры 70 ºС.

6.Выключить блоки питания генераторов напряжений и мультимет-

ров.

Рис. 9. Монтажная схема для исследования зависимости тока дрейфа от температуры

129

Обработка результатов измерений

1. По экспериментальным данным (табл. 1) построить ВАХ диода. Так как обратный ток составляет несколько микроампер, а прямой – несколько миллиампер, то масштаб для обратного тока желательно увеличить.

2.Оценить Uк первым способом. На прямой ветви ВАХ отметить точку, где начинается быстрый рост тока (см. рис. 4). Это напряжение

соответствует контактной разности потенциалов Uк. Оценить её погрешность.

3.Оценить Uк вторым способом.

Логарифмируя (3), получим выражение

ln I = ln Iдрейф + kTq U ,

(4)

т .е . lnI пропорционален прямому напряжению U, если U > Uк. Определить lnI и построить график зависимости логарифма силы то-

ка lnI от прямого напряжения U (см.

130