Порядок выполнения работы

I. Снимите вольт-амперную характеристику светодиода . Постройте её график.

2. Установите прямой ток через светодиод в пределах 5 15 мА. Определите соответствующую величину смещающего напряжения.

3. Укрепите панельку со светодиодом на входном окне спектроскопа (монохроматора).

4. Определите область излучения светодиода и с помощью градуировочного графика для монохроматора найдите длину волны излучения светодиода.

5. По данный измерений определите постоянную Планка .

6. Используя вольтамперную характеристику и определив ширину спектра излучения светодиода, найдите погрешность определения h таким способом.

7. В выводе по работе объясните, почему светодиод не излучает при обратном смещении на - переходе.

Вопросы для самоконтроля

I. Что такое основные и не основные носители тока в полупроводниках?

2. Объясните особенности энергетического спектра состояний электронов в металлах, полупроводниках и диэлектриках.

3. Что такое - переход?

4. Как происходит излучение света в полупроводниках?

5. Объясните вывод формулы для определения постоянной Планка.

6. Где применяются полупроводниковые светодиоды?

Лабораторная работа № 10.2 Изучение работы полупроводникового выпрямительного диода

Цель работы: экспериментально исследовать вольт-ампераные характеристики полупроводниковых диодов и определить коэффициент выпрямления.

Приборы и принадлежности: полупроводниковые диоды, источник тока, потенциометр, миллиамперметр, вольтметр.

Вывод рабочих формул и описание установки

Слово "диод" образовано от греческих слова "ди" - два и сокращенного "электрод". Диоды изготавливают путем формирования металлургического контакта полупроводников типа и . В области контакта образуется переходной слой, который называется -

переходом. Этот переход обладает свойством пропускать ток в одном направлении гораздо лучше, чем в другом, что и используется в выпрямительных диодах.

Различают плоскостной и точечный - переходы. Схематическое изображение их поперечных разрезов представлено на рис.10.5. В первом случае (рис.10.5,а) переход получается путем помещения кусочка полупроводника -типа, например индия, на поверхность германия - типа и последующего нагрева до плавления индия. При поддержании определенной температуры в течение некоторого времени происходит диффузия части атомов индия в пластину германия. На небольшой глубине содеется зона с проводимостью -типа для - германия, которая и будет представлять собой - переход.

Точечный переход (рис.10.5,б) получается в результате установления плотного электрического контакта тонкого проводника, имеющего, как известно, электронную проводимость, с поверхностью полупроводника -типа. В плавление конца проволоки осуществляется путем подачи кратковременного импульса электрического тока.

Подадим на кристалл полупроводника с - переходом (рис.10.2) внешнее напряжение U так_, чтобы "+" был подключен к -области, а " - " был подключен к - области (такое напряжение называется прямым). Высота потенциального барьера при этом снижается на величину , где -заряд электрона, и через переход возрастает поток основных носителей тока, способных преодолеть снизившийся потенциальный барьер. Таким образом, в "прямом направлении" переход пропускает ток, сила которого быстро нарастает при увеличении приложенного напряжения.

Рис.10.5

Изменим теперь полярность напряжения, приложенного к кристаллу, т.е. " + " подключим к - области, а " - " подключим к -области (такое напряжение называется обратным). В этом случае высота потенциального барьера возрастает на величину . В результате поток основных носителей, способных преодолеть потенциальных барьер, резко уменьшается. Уже при обратных напряжениях больше 0,1 В потоки основных носителей можно считать пренебрежительно малыми. Ток через переход в этом случае (обратный ток) будет обусловлен только движением неосновных носителей тока.

Сила тока через диод и напряжение на - переходе связаны зависимостью

,

где - коэффициент, учитывающий уровень технологии диодов (для идеального диода (), - постоянная Больцмана, - термодинамическая температура. Ток называется тепловым током, поскольку он имеет тепловое происхождение и сильно зависит от температуры. Из этой формулы, которая является одной из важнейших в полупроводниковой электронике, видно, что с возрастанием обратного смещения обратный ток стремится к • Действительно, при = - 0,15 В, =1,4, = ЗООК получаем . При прямом смещении в рассматриваемом соотношении

можно пренебречь вторым слагаемый ( -1 ), и формула приобретает вид

.

Очевидно, что прямой ток через диод ограничен сверху таким значением при котором не происходит перегрева - перехода из-за рассеиваемой на нем мощности.

Вольт-амперная характеристика - перехода, т.е. зависимость тока через - переход от напряжения на нем, для двух различных температур приведены на рис, 10.6,а. Обращает на себя внимание тот факт, что эти зависимости не являются линейными, а также

сильная зависимость характеристик от температуры.

На рис.10.6,б приведены графики процесса однополупериодного выпрямления переменного тока и простейшая электрическая схема выпрямителя с использованием полупроводникового диода.

В данной работе экспериментально исследуются и сравниваются вольт-амперные характеристики двух выпрямительных полупроводниковых диодов. Для получения характеристик используют схему, приведенную на рис. 10.7.