Изучение полупроводникового диода. Лукьянов Г.Д. - 1 стр.

                                                             1

доц. Лукьянов Г.Д.

                                    Работа 5-9: Изучение полупроводникового диода.

    Цель работы: снятие вольт-амперной характеристики при разных температурах и изучение принципа работы полу-
проводникового диода.

                                                  Теоретические сведения.
    Полупроводниковый диод представляет собой двухслойный полупроводниковый кристалл с разными типами элек-
трической проводимости (см. рис.1) .Один слой содержит акцепторную примесь и обладает проводимостью p-типа (ды-
рочной) ,а другой –донорную и обладает проводимостью n-типа (электронной). Например, в германиевом диоде концен-
трация акцепторов , na=1018 см-3 , концентрации доноров nд=1015 см-3, при концентрации атомов германия n=4*1022 см-3.




                                       Рис.1. Схема полупроводникового диода.

     Внутреннею пограничную область между слоями с электронной и дырочной проводимостями называют электронно-
дырочным переходом или p–n переходом, который способен выпрямлять ток, т.е. проводить электрический ток преи-
мущественно в одном направлении.
      Объяснение свойств p - n перехода может быть дано на основе зонной теории твердых тел. Примесные атомы,
введенные в основную решетку полупроводника, образуют в запрещенной зоне дополнительные (примесные) энергети-
ческие уровни. При Т=0 акцепторные уровни в p – области свободны. Под влиянием теплового возбуждения электроны
переходят с верхних уровней валентной зоны на акцепторные уровни. Необходимая для такого перехода энергия называ-
ется энергией активации дырочной проводимости (рис. 2), или энергией ионизации примеси.




                  Рис.2. Зонная схема р- и n-областей полупроводника в момент приведения их в контакт
                         (до установления равновесия) при Т>0К; - дырки; -электроны; -переходы.

В валентной зоне появляются вакантные энергетические уровни – дырки. Энергия активации примесной проводимости
∆Eq=0.01 эВ, энергия активации собственной проводимости ∆Ед равна ширине запрещенной зоны (≅ 1 эВ). Поэтому кон-
центрация дырок в валентной зоне, являющихся основными носителями тока в p–области, на несколько порядков боль-
ше концентрации электронов nn(p) , переходящих из валентной зоны в зону проводи-мости и являющихся не основными
носителями зарядов в p – области. Здесь верхний индекс в скобках означает тип области , а нижний – вид носителей заря-
да в данной области.
   В n – области при Т>0 электроны переходят с донорных уровней в зону проводимости. Концентрация электронов nn(p)
(основных носителей) в n–области значительно больше концентрации электронов, переходящих в зону проводимости из
валентной зоны. При этом в валентной зоне образуются дырки, являющиеся в n–области не основными носителями тока,
имеющими концентрацию nn(p) . Например, в германиевом диоде np(p) =1018 см-3, nn(p) =1011 см-3, nn(n) =1015 см-3, np(n) =1011
см-3. Так как термодинамическая работа Аn выхода в n – области меньше, чем в p –области (рис. 2), то электроны будут