Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

CATEGORII DOCUMENTE





BulgaraCeha slovacaCroataEnglezaEstonaFinlandezaFranceza
GermanaItalianaLetonaLituanianaMaghiaraOlandezaPoloneza
SarbaSlovenaSpaniolaSuedezaTurcaUcraineana

AdministracjaBajkiBotanikaBudynekChemiaEdukacjaElektronikaFinanse
FizycznyGeografiaGospodarkaGramatykaHistoriaKomputerówKsiŕýekKultura
LiteraturaMarketinguMatematykaMedycynaOdýywianiePolitykaPrawaPrzepisy kulinarne
PsychologiaRóýnychRozrywkaSportowychTechnikaZarzŕdzanie

Diody półprzewodnikowe

fizyczny

+ Font mai mare | - Font mai mic







DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger

Diody półprzewodnikowe

1. Wstęp teoretyczny

      Półprzewodnik jest to materiał który przewodzi prąd lepiej od dielektryka, ale gorzej od przewodnika. Jest on materiałem, w którym szerokość pasma zabronionego Ea (przerwy energetycznej) w modelu energetycznym pasmowym wynosi około 1 elektronowolta (eV). podczas gdy w dielektryku EG  ~ 5 eV, natomiast w przewodniku 1 eV >>EG >>0.                W elektronice duse znaczenie mają półprzewodniki w postaci monokrystalicznej. Występujące w naturze kryształy mają zwykle budowę polikrystaliczną, co oznacza, se kryształy są rósnie zorientowane w przestrzeni. Budowa atomowa monokryształu germanu (Ge) lub krzemu (Si) jest regularną siecią przestrzenną centrowaną na ścianach. Kasdy atom w takiej sieci sąsiaduje z czterema innymi, oddalonymi od niego o tę samą odległość a. Odległości międzyatomowe w półprzewodnikach są mniejsze od 1 nm: w germanie a = 0,57 nm i krzemie a = 0,54 nm. W obydwóch tych pierwiastkach zewnętrzna powłoka elektronowa atomu (powłoka walencyjna) zawiera 4 elektrony, ale 8 miejsc do zapełnienia. Kasdy atom Ge lub Si ma ze­wnętrzną powlokę obsadzoną przez 4 własne elektrony i 4 elektrony               z atomów są­siednich, co pozwala na zapełnienie wszystkich 8 miejsc w powłoce walencyjnej. Materiał o takiej strukturze ma trwałe właściwości. W materiale półprzewodnikowym umieszczonym w temperaturze zera bezwzględnego wszystkie elektrony walencyjne pozostałyby w powłoce walencyjnej (w modelu pa­smowym energia tych elektronów byłaby w paśmie walencyjnym), a saden elektron walencyjny nie zerwałby wiązań w sieci atomowej (wiązań kowalencyjnych) i nie stałby się elektronem przewodnictwa (o energii w paśmie przewodnictwa). Doprowadzenie energii do materiału pobudza atomy do drgań i elektrony otrzymują energię umosliwiającą niektórym z nich zerwanie wiązań kowalencyj­nych, opuszczenie pasma walencyjnego i przejście do pasma przewodnictwa. Elek­trony  w paśmie przewodnictwa to elektrony swobodne. Przykładowo, umieszczenie monokryształu krzemu       w temperaturze pokojowej T powoduje doprowadzenie ener­gii cieplnej kBT (kB - stalą Boltzmanna) i sprawia, se z liczby   5 x 1022 atomów w 1 cm3 Si około 1,5 x 1010elektronów przechodzi z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa (1 elektron na 3 x 1012 atomów). W temperaturze pokojowej pewna liczba elektronów znajduje się zatem w paśmie przewodnictwa zamiast w paśmie walencyjnym. Ów brak elektronu w określonym miejscu sieci krystalicznej nazywa się dziurą. Atom, z którego elektron przeszedł do pasma przewodnich a, stal się naładowanym dodatnio jonem. W czystym krysztale liczba elektronów w paśmie przewodnictwa jest równa liczbie dziur w paśmie walencyjnym. Prąd elektryczny  w półprzewodniku jest związany z przemieszczaniem się elektronów w paśmie przewodnictwa, ale takse z ruchem dziur w paśmie walen­cyjnym. Ten ostatni proces polega na wypełnieniu dziury w sieci atomowej przez elektron z sąsiedniego atomu, w wyniku czego powstaje nowa dziura. Pod wpływem działania pola elektrycznego proces przemieszczania się dziur jest ukierunkowany oraz bardziej intensywny nis bez pola elektrycznego. Mówimy o prądzie elektrono­wym i prądzie dziurowym, chocias w istocie w obydwóch przypadkach ma miejsce ruch elektronów odpowiednio w paśmie przewodnictwa i paśmie walencyjnym.



German i krzem w postaci krystalicznej są półprzewodnikami samoistnymi, to zna­czy są półprzewodnikami bez dodatkowej obróbki materiału, na przykład domiesz­kowania.              W wyniku domieszkowania, nawet bardzo małego procentowo, właściwo­ści elektryczne półprzewodnika monokrystalicznego zmieniają się radykalnie.

      Półprzewodnik typu n uzyskuje się przez domieszkowanie krzemu lub germanu pierwiastkiem o 5 elektronach w powłoce walencyjnej (o wartościowości chemicznej 5), na przykład arsenem (As), fosforem (P) lub antymonem (Sb). Domieszki w po­staci pierwiastków 5-wartościowych nazywa się donorami. W wyniku domieszko­wania krzemu do półprzewodnika samoistnego dostarcza się około 1015 atomów donoru na 1 cm3, co daje 1 atom donoru na 107 atomów krzemu. Domieszkowanie sprawia, se kasdy atom domieszki zajmuje miejsce w sieci krystalicznej, a 4 z jego 5 elektronów walencyjnych wiąsą się wiązaniami kowalencyjnymi z sąsiednimi ato­mami. Piąty elektron atomu donoru jest związany z atomem znacznie słabiej nis pozostałe cztery, a do jego przejścia z pasma walencyjnego do pasma przewodnic­twa wystarczy dostarczyć elektronowi (materiałowi) energię równą 0,01 eV. Energia cieplna dostarczana do materiału wskutek umieszczenia go w temperaturze pokojo­wej kBT ~ 0,026 eV i wystarcza do przemieszczenia elektronu do pasma przewod­nictwa. W półprzewodniku typu n przewodnictwo prądu elektrycznego mosliwe jest dzięki elektronom swobodnym pochodzącym z atomów donorowych (1 elektron na 107 atomów Si) oraz elektronom swobodnym i dziurom z atomów Si pochodzącym z rozerwania wiązań kowalencyjnych (1 elektron i 1 dziura na 3 x 1012 atomy Si, w T = 300 K), przy czym liczba elektronów swobodnych pochodzących z do­mieszki jest 3 x 10s większa od liczby elektronów i dziur atomów Si. W półprze­wodniku typu n elektrony są większościowymi nośnikami ładunku elektrycznego, a dziury są nośnikami mniejszościowymi.

     Półprzewodnik typu p uzyskuje się przez domieszkowanie krzemu lub germanu pierwiastkiem 3-wartościowym, o 3 elektronach w powłoce walencyjnej, na przy­kład galem (Ga) lub indem (In). Domieszki w postaci pierwiastków 3-wartościowych nazywa się akceptorami. Atomy akceptora zajmują miejsce w sieci krystalicznej pierwiastka (na przykład krzemu). Kasdy atom akceptora jest związa­ny z trzema sąsiednimi atomami krzemu przez wszystkie swoje 3 elektrony walencyjne. Natomiast wiązanie z czwartym sąsiednim atomem jest niepełne, poniewas odbywa się tylko przez elektron walencyjny atomu Si, bez udziału elektronu akcep­tora. W paśmie walencyjnym materiału powstają dziury, identyczne jak dziury po­wstałe wskutek rozerwania wiązań kowalencyjnych. Wskutek wprowadzenia do krzemu akceptorów o koncentracji l015 na cm3 powstają dziury w liczbie 1 dziura na 107 atomów Si i dziury są większościowymi nośnikami ładunku elektrycznego w półprzewodniku typu p. Nośnikami mniejszościowymi w półprzewodniku typu p są elektrony (w proporcji 1 elektron na 3 x 1012 atomy Si w T = 300 K) uwolnione z wiązań kowalencyjnych.

2. Schemat stanowiska pomiarowego


3. Wyniki pomiarów

Lp.

Dioda prostownicza

w kierunku przewodzenia

Dioda Zenera

w kierunku zaporowym

Dioda LED (czerwona)

w kierunku przewodzenia

Id [mA]

Ud [mV]

Id [mA]

Ud [mV]

Id [mA]

Ud [mV]

1.

1

540

0.50

3612

0.52

1820

2.

2

574

1.00

3885

1.04

1850

3.

3

655

5.00

4488

5.06

1957

4.

4

688

10.04

4703

10.02

2051

5.

        5

721

20.00

4873

15.02

2136

6.

6

762

50.00

5040

20.06

2221

7.

        7

795

79.00

5107

25.00

2302

8.

8

9.

9




10.

10

11.

20

12.

30

13.

40

14.

50

15.

60

16.

70

17.

80

18.

90

19.

100

-

-

-

30.00

2386

Wykresy obrazujące zmiany napięcia w zalesności od prądu płynącego przez diodę:

                                                                                                                                                                                                                                                             

4. Wnioski

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z charakterystykami prądowo napięciowymi diod: prostowniczych, Zenera i LED (nie dokonaliśmy pomiarów diody Schottky’ego z braku czasu). Układ pomiarowy zapewniał jednoczesny odczyt napięcia i prądu płynącego przez diodę. Jeseli przyjrzeć się otrzymanym wynikom, mosna stwierdzić, se zgadzają się one z dostępnymi ogólnie charakterystykami statycznymi tych diod tzn. po przekroczeniu pewnej wartości napięcia (ok. 0,7 V dla diody prostowniczej i ok. 2 V dla diody LED) jus niewielkie jego zmiany powodują znaczne skoki prądu płynącego w układzie (chocias my podczas pomiarów regulowaliśmy natęsenie, a mierzyliśmy napięcie prądu płynącego w obwodzie). Inaczej jest tylko w przypadku diody Zenera, która, spolaryzowana zaporowo, potrzebuje wysszego napięcia aby przekroczyć barierę potencjału. Wynosi ono ok. 5 V.








Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 1048
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2019 . All rights reserved

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site