Экспериментальная установка.

В работе исследуют вольт-амперную характеристику германиевого туннельного диода (например, типа ГИ 305 или родственных ему), теоретически и экспериментально определяют положение экстремальных точек характеристики. Проводят оценку энергии Ферми и энергии, соответствующей максимумам функции плотности распределения носителей в зонах материала туннельного диода.

I

I_max

I_min

U_max

U_min

U

2

Снятие вольт-амперной характеристики ТД отличается рядом особенностей, обусловленных отрицательным динамическим сопротивлением диода на падающем участке характеристики от до. Если внутреннее сопротивление источника смещения больше, чем отрицательное динамическое сопротивление ТД, вместо статической вольт-амперной характеристики наблюдается кривая гистерезисного типа (точки 1-4 и штриховые прямые на рис.5). Схема установки для снятия вольт-амперных характеристик представлена на рис.6. Включение ТД через эмиттерный повторитель позволяет уменьшить эффективное внутреннее сопротивление источника смещения. Изменением сопротивления резистораR меняют напряжение на базе транзистора П37, при этом меняется ток ТД, который контролируется миллиамперметром РА в коллекторной цепи транзистора КТ 605. Напряжение на ТД измеряют вольтметром PV.

Подготовка к работе.

1. Изучить теорию туннельного эффекта для прямоугольного потенциального барьера. Получить выражение (6) для коэффициента прозрачности прямоугольного барьера.

2. Оценить энергию Ферми в материале германиевого туннельного диода из следующих представлений. При функция Фермидля всех энергий. Тогда концентрация носителей (известная) связана с энергией Ферми соотношением

.

Используя выражение (7), получаем

,

откуда

.

При расчетах принять концентрацию электронов и дырок~ .

+12 В

PA

PV

1,2к

4,3к

3,6к

R

470

ГИ305А

10М

КТ605

П37

Рис.6

3. Найти энергию , соответствующую максимуму функции распределения электроновв зоне проводимости, исследованием на экстремум функции (8): . Этот анализ элементарен, но трудоемок, поэтому здесь приводим сразу конечный результат:

.

4. Оценить значения ивольт-амперной характеристики германиевого туннельного диода. Расчет вести по формулам

.

Результаты сравнить со справочными значениями соответствующих параметров для исследуемого туннельного диода.

5. Используя типичные параметры германиевого туннельного диода (ширина запрещенной зоны , толщина перехода, площадь перехода), по формуле (6) оценить вероятность туннельного перехода электронов через барьер. Энергию частицы принять равной; высоту барьера определить выражением

.

6. По формуле

оценить ток в максимуме вольт-амперной характеристики диода. Результат сравнить со значением для исследуемого диода.