3. Приборы и оборудование
Электрическая схема установки представлена на рис. 3.1.
Включение туннельного диода через эмиттерный повторитель позволяет уменьшить эффективное внутреннее сопротивление источника. Изменением сопротивления резистора Rменяют напряжение на базе транзистораT1при этом меняется ток туннельного диода, который измеряется амперметром и включенным в коллекторную цепь транзисторомT2. Напряжение на туннельном диоде измеряется вольтметром V.
Рис. 3.1
4. Требования к технике безопасности
1. Перед включением прибора в сеть убедиться в исправности электрического шнура, вилки и электрической розетки.
2. Проверить, чтобы рукоятка потенциометра на передней панели установки оказалась в крайнем левом положении.
3. При выполнении работы не допускать зашкаливания приборов, вовремя меняя пределы измерений.
5. Выполнение работы
1. Ручку потенциометра R (рис.3.1) поставить в крайнее левое положение.
2. Включить источник питания и дать ему прогреться одну–две минуты.
3. Ручкой потенциометра постепенно увеличить напряжение, подводимое к туннельному диоду, Измерить с помощью амперметра соответствующие значения силы тока. Измерения повторить два раза в обе стороны: при увеличении и уменьшении напряжения на диоде (всего должно получиться по четыре значения силы тока, соответствующих одному и тому же значению напряжения). Данные усреднить.
4. По результатам измерений построить график зависимости тока диода от напряжения. Из графика найти значения Umax,Umin,Imax,Imin(рис.2.7). Пользуясь графиком, вычислить среднее отрицательное сопротивление диода по формуле:
.
5. По полученным результатам Umax и Umin оценить положение уровня Ферми в материале исследуемого диода. Расчет провести по формулам:
;
,
где Em – энергия, соответствующая максимуму функции распределения электронов в зоне проводимости (рис.2.4). Ec – энергия, соответствующая дну зоны проводимости.
6. Полученные экспериментальные результаты сравнить со значениями (Eф–Em) и (Eф–Ec), рассчитанными теоретически. Значения (Eф–Ec) определить из соотношения (2.15), причем концентрациюNэлектронов и дырок принять равной 8·1025м- 3.
Энергия Em определяется из условия экстремума функции распределения электронов в зоне проводимости (2.13):
,
После математических преобразований получаем соотношение
Eф
– Em
1,1 кТ.
6. Требования к отчету
Результаты измерений и расчетов представить в виде табл. 6.1 и табл. 6.2 и графика вольт–амперной характеристики диода, выполненного на миллиметровой бумаге.
Таблица 6.1
|
U(мВ) |
I1(mA) |
I2(mA) |
I3(mA) |
I4(mA) |
Iср |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.2
|
Umax |
(EF -Em)эксп |
(EF-Em)теор. |
Umin |
(EF -Ec)эксп |
(EF -Ec)теор |
|
|
|
|
|
|
|
7. Контрольные вопросы
1. В чем суть явления туннельного эффекта?
2. Каков физический смысл коэффициента прозрачности потенциального барьера?
3. Как записывается уравнение Шредингера для областей внутри и вне потенциального барьера?
4. Какова схема энергетических уровней электронов в переходе в сильно легированных полупроводниках при различных значениях внешнего напряжения?
5. Каковы особенности вольт–амперной характеристики туннельного диода?
6. В чем заключаются основные отличия туннельного диода от обычного полупроводникового?
7. В чем заключается физический смысл функции Ферми?
8. Какая физическая величина называется энергией (уровнем) Ферми?