Электричество и магнетизм. Часть 1. Миловидова С.Д - 61 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

61
РАБОТА № 8
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ
Приборы и принадлежности: набор диодов, вольтметр,
миллиамперметр, шунт, выпрямитель с фильтром , реостат, переключатель
полярности напряжения (коммутатор).
Краткая теория
Проводники имеют удельное сопротивление порядка 10
-7
Ом·м (и
меньше), диэлектрики – порядка 10
8
Ом·м (и больше). Удельное
сопротивление большинства веществ лежит между указанными пределами.
Эта вещества называются полупроводниками. Типичными их
представителями являются кремний, германий, селен , теллур и некоторые
другие.
Как и у металлов, проводимость твердых полупроводников
обусловлена перемещением электронов. Однако условия перемещения
электронов в металлах и полупроводниках существенно различаются.
Рассмотрим причины электрофизических особенностей
полупроводников, прибегая к некоторым упрощенным представлениям
зонной теории твердого тела .
Как известно, электроны свободного
атома, находящегося в свободном
состоянии, имеют определенные
дискретные значения энергии (уровни I и 2,
рис.1а ). Чем дальше удалена от ядра
оболочка , в которой находится движущийся
вокруг ядра электрон , тем выше уровень
энергии последнего.
В изолированном атоме одинаковые
значения энергии могут иметь только два
электрона или, как принято говорить, на
каждом из энергетических уровней может находиться не более двух
электронов (уровень1, рис1.а ).
Электрон переходит с нижнего энергетического уровня на более
высокий, если ему сообщается энергия, равная разности энергий между
этими уровнями (уровень 2, рис.1а ).
При образовании кристалла из N одинаковых атомов,
расположенных друг от друга на близких расстояниях , благодаря
взаимному влиянию полей соседних атомов каждый энергетический
уровень атома “расщепляется” на N различных уровней, близких по
величине энергии. На каждом из уровней кристалла также может
находиться по два электрона. Таким образом , в твердом теле из
одинаковых уровней энергии отдельных атомов образуется энергетическая
зона, имеющая N различных близко расположенных друг от друга уровней
Е (эн ергия)
1
5
4
3
2
а )
б )
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Рис.1
                                                 61


                                        Р А БО ТА № 8
         И С С Л Е ДО ВА Н И Е ВО Л ЬТ А М П Е Р Н Ы Х ХА Р А К Т Е Р И С Т И К
                       П О Л У П Р О ВО ДН И К О ВЫ Х ДИ О ДО В
         Приб оры       и     прин а д леж н ост и:         н а б ор д иод ов,         воль т м ет р,
м иллиа м перм етр, шу н т , выпрям ит ель с ф иль т ром , реост а т, переклю ча тель
полярн ости н а пряж ен ия (ком м у т а т ор).
                                      Кратк аятеория
         Провод н ики им ею т у д ель н ое сопрот ивлен ие поряд ка 10-7 Ом ·м (и
м ен ь ше), д иэлект рики – поряд ка 108 Ом ·м (и б оль ше). У д ель н ое
сопрот ивлен ие б оль шин ст ва вещ ест в леж ит м еж д у у ка за н н ым и пред ела м и.
Эт а      вещ ества      н а зыва ю т ся полу провод н ика м и. Т ипичн ым и их
пред ста вит елям и являю т ся крем н ий, герм а н ий, селен , т еллу ри н екот орые
д ру гие.
         К а к и у м ет а ллов, провод им ост ь тверд ых полу провод н иков
об у словлен а перем ещ ен ием элект рон ов. Од н а ко у словия перем ещ ен ия
элект рон ов в м ет а лла х и полу провод н ика х су щ ест вен н о ра злича ю т ся.
         Ра ссм от рим        причин ы             элект роф изических            особ ен н ост ей
полу провод н иков, приб ега я к н екот орым у прощ ен н ым пред ста влен иям
зон н ой т еории т верд ого т ела .
                                                 К а к извест н о, элект рон ы своб од н ого
                                        а т ом а ,     н а х од ящ егося       в       своб од н ом
               2
                                  5 состоян ии,                    им ею т        опред елен н ые
                                        д искрет н ые зн а чен ия эн ергии (у ровн и I и 2,
   Е (эн ергия)




                                  4 рис.1а ). Ч ем д а ль ше               у д а лен а от яд ра
               1           • •          об олочка , в кот орой н а х од ит ся д виж у щ ийся
            • •          •• • • 3 вокру г яд ра элект рон , т ем выше у ровен ь
                        • •
               а)         б)            эн ергии послед н его.
                                                 В изолирова н н ом а т ом е од ин а ковые
                    Рис.1               зн а чен ия эн ергии м огу т им ет ь толь ко д ва
                                        элект рон а или, ка к прин ято говорит ь , н а
ка ж д ом из эн ергетических у ровн ей м ож ет н а х од ит ь ся н е б олее д ву х
элект рон ов (у ровен ь 1, рис1.а ).
         Элект рон перех од ит с н иж н его эн ергет ического у ровн я н а б олее
высокий, если ем у сооб щ а ет ся эн ергия, ра вн а я ра зн ост и эн ергий м еж д у
эт им и у ровн ям и (у ровен ь 2, рис.1а ).
          При об ра зова н ии крист а лла                из N од ин а ковых а т ом ов,
ра сполож ен н ых д ру г от           д ру га н а б лизких ра сстоян иях , б ла год а ря
вза им н ом у влиян ию полей сосед н их а т ом ов ка ж д ый эн ергет ический
у ровен ь а т ом а “ра сщ епляется” н а N ра зличн ых у ровн ей, б лизких по
величин е эн ергии. Н а ка ж д ом из у ровн ей криста лла                         т а кж е м ож ет
н а х од ит ь ся по д ва элект рон а . Т а ким об ра зом , в т верд ом т еле из
од ин а ковых у ровн ей эн ергии от д ель н ых а том ов об ра зу ет ся эн ергетическа я
зон а , им ею щ а я N ра зличн ых б лизко ра сполож ен н ых д ру г от д ру га у ровн ей

Страницы