 |
Порядок розрахунків.. 7.2. Випрямляння струму на p-n – переході. Напівпровідниковий діод.
|
|
|
|
Порядок розрахунків.
- Визначити 11 значень ln Ri ( i = 0, 1, 2, …10) з точністю до 0, 0001.
- Побудувати графіки залежностей R = f(T) та R = f(T) і зробити з них письмовий висновок в протоколі. При будуванні графіків додержуватись масштабів: по осі абсцис – 2 К в 1см по осі ординат – 200 Ом в 1см на першому графіку і 0, 05 в 1см на другому графіку.
- Розрахувати по формулі (7. 12) 10 значень ширини забороненої зони напівпровідника з точністю до 0, 001 еВ.
- Розрахувати з точністю до 0, 0001 еВ середнє значення ширини забороненої зони DeG сер напівпровідника, як для прямих вимірювань.
- Розрахувати середню абсолютну і відносну похибки вимірювань ширини забороненої зони як для прямих вимірювань.
7. 2. Випрямляння струму на p-n – переході. Напівпровідниковий діод.
Напівпровідниковий діод являє собою монокристалічну платівку з p-n – переходом, до якої припаюють або приплавляють омічні зовнішні контакти (виводи) такі, що не мають властивостей p-n – переходів. Якщо через ці виводи прикласти до p-n – переходу зовнішню напругу будь-якої полярності, то термодинамічна рівновага між дифузійним і дрейфовим струмами порушиться в той або інший бік.
1.
    |
Якщо полярність зовнішньої напруги співпадає з полярністю контактної різниці потенціалів
, то дрейфовий струм не зміниться, так як визначається неосновними носіями заряду, які скочуються з потенціального порогу, а дифузійний струм експоненціально зменшиться, так як потенціальний поріг перед
основними носіями зростає на величину eU (рис. 7. 4, а). Число електронів і дірок, які в змозі подолати його за
|
|
|
|
. (7. 13)
Результуючий струм буде направлений від n -області до р -області і дорівнюватиме різниці дрейфового і дифузійного струмів:
. (7. 14)
Вже при 
> kT експонентою в вираженні (7. 14) можна знехтувати порівняно з одиницею. Струм цієї полярності, який називається зворотним, або запірним, досягає насичення:
. (7. 15)
Так як дрейфовий струм обумовлений неосновними носіями заряду, то його величина дуже мала ( js £ 0, 1 А/м2 у випадку кремнієвого діода).
Взагалі, незалежність іЕ від зовнішньої напруги можна було б піддати сумніву: адже густина струму провідності, як відомо, лінійно залежить від напруженості поля. Але напруженість поля, виявляється, не змінюється із зростанням напруги, так як дія останньої зводиться до пропорційного розширення шару об’ємного заряду, до відтягування електронів і дірок від p-n – переходу, як це розглядається в шкільному курсі фізики. Тому напруженість поля, густина дрейфового струму і сам дрейфовий струм не змінюються.
2. Якщо полярність зовнішньої напруги протилежна полярності контактної різниці потенціалів (“+” на р -області, “-“ на n -області), то знову дрейфовий струм іЕ не зміниться, а дифузійний струм різко зростає, так як потенціальний поріг перед електронами і дірками, які дифундують, зменшиться на величину (рис. 7. 4, б):
. (7. 16)
Результуючий струм направлений тепер від р -області до n -області і дорівнює різниці між дифузійним і дрейфовим струмами:
. (7. 17)
Струм цієї полярності, який вже при напрузі порядку 1 В у багато разів перевищує струм насичення іs, називається прямим. Таким чином, напівпровідниковий діод добре пропускає струм однієї полярності (прямий) і практично не пропускає струм другої полярності (зворотний), тобто випрямлює змінний струм.
|
|
|
Як прямий, так і зворотний струм можна описати також одним рівнянням:
. (7. 18)
Якщо напругу U підставляти в це рівняння зі знаком “+” для прямої полярності і зі знаком “-” для зворотної полярності, то його рішення дає не лише правильне значення величини струму, таке ж, як при рішенні рівнянь (7. 14) і (7. 17), але і знак (полярність) струму, в чому легко переконатись самому.
Вольт-амперна характеристика напівпровід-никового діода, яка відповідає рівнянню (7. 18), представлена на рис. 7. 5. Масштаби по осям координат не однакові для прямої і зворотної гілок характеристики.
|
|
|
