Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej Laboratorium z przedmiotu: Fizyka przyrządów półprzewodnikowych		Ćwiczenie numer 2: Temat: : Pomiar charakterystyk I-V-T złącza P-N
Małgorzata Lewandowska W-4 rok I	Nr 180425	Środa 13.15 19.05.2010r.	Ocena:

Przyrządy pomiarowe:

-Regulator temperatury o zakresie regulacji od 0⁰C
do 100⁰C.

-Skrzynka pomiarowa, w której znajduje się badana dioda półprzewodnikowa(krzemowa) wraz z grzejnikiem.

-2 multimetry METEX wyposażone w wyjście RS232 umożliwiające komunikację z komputerem.

- Komputer służący do rejestracji i wizualizacji danych pomiarowych z wgranym programem Charact.

Przebieg pomiaru:

Schemat pomiarowy:

Pomiar polegał na mierzeniu charakterystyk prądowo-napięciowych diody krzemowej w kierunku przewodzenia dla temperatur kolejno: 25ºC, 30ºC, 35ºC, 40ºC, 45ºC, 50ºC, 55ºC oraz 60º.

Opracowane wyniki pomiarów:

1.Tworzenie wykresów charakterystyk prądowo-napięciowych diody półprzewodnikowej dla różnych wartości temperatur.

Surowe wyniki pomiarów natężenia zostały zapisane w miliamperach. Wyniki pomiarów napięcia - w miliwoltach. Aby narysować wykresy zależności prądu od napięcia dla poszczególnych wartości temperatur przekształcono wyniki do pełnych jednostek - ampera i wolta.

Do obliczeń rezystancji szeregowych wykorzystany został wzór:

Wysokości barier potencjału - V_bi dla każdej wartości temperatury, zostały wyznaczone poprzez przyrównanie prostej aproksymującej dany wykres do zera.

Wykresy i obliczenia:

Wartości rezystancji szeregowych R_a oraz wysokości barier potencjału V_bi dla różnych temperatur:

Temp. [ºC]	25 25	ºC30	35	40	45	50	55	60
Ra [Ω]	3,27	3,21	3,43	3,1	3,57	3,75	3,81	3,93
Vbi	0,71	0,71	0,71	0,71	0,68	0,67	0,66	0,65

Aby obliczyć współczynnika temperaturowy należy policzyć pochodną po prostej aproksymującej wykres. Stąd wynosi on:

dV/dT = -0,0018

Charakterystyki lnI = f(V) dla poszczególnych temperatur:

2. Wyznaczenie wartości prądów nasycenia I₀, korzystając z równania prostej y = ax + b, otrzymanego z aproksymacji liniowej części charakterystyki

lnI = f(V).

Ponieważ dla napięć takich, że
można we wzorze
pominąć 1, wówczas:

Wyznaczenie prądów nasycenia I_0:

Temp.[K]	lnI0	I0 [A]
301,16	-18,214	1,23*10^-8
306,16	-17,85	1,77*10^-8
311,16	-17,646	2,17*10^-8
316,16	-17,339	2,95*10^-8
321,16	-17,075	3,84*10^-8
326,16	-16,697	5,60*10^-8
331,16	-16,159	9,60*10^-8
336,16	-16,105	10,13*10^-8

Obliczenie wartości przerwy wzbronionej E_g półprzewodnika:

Wzór:

gdzie C =const

Dzieląc równanie (1) obustronnie przez T² a następnie logarytmując jego obie strony, otrzymujemy:

, stąd E_g = 2ak,

Gdzie k- stała Boltzmana = 1,38*10^-23 J/K, a - współczynnik kierunkowy prostej aproksymującej powyższy wykres.

E_g = 2*(-6336,2)*1,38*10^-23 = -1,75*10^-19 [J] = 1,09 [eV]

Wnioski:

Podczas pomiaru obserwuje się, że przy wyższych temperaturach przyrost natężenia w stosunku do napięcia jest szybszy im wyższa jest temperatura diody. Także od pewnej wartości temperatury, w tym przypadku od 45 do 60ºC, oporność rośnie a wysokość barier potencjału maleje. Obrazuje to wykres V =f(T) umożliwia także wyznaczenie współczynnika temperaturowego krzemu dla danego zakresu temperatur. Wraz ze wzrostem temperatury rosną także prądy nasycenia. Wykres
posłużył do wyznaczenia przybliżonej energii wzbronionej półprzewodnika, z którego została wykonana dioda czyli w tym przypadku krzemu, którego energia wzbroniona wynosi 1,11 eV w 300 K.