ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2–8

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА

Приборы и принадлежности: панель с диодом, микроамперметром, переключателем и потенциометром; выпрямитель 12 В; вольтметр; миллиамперметр.

Цель работы: Определить прямой и обратный ток, проходящий через полупроводниковый диод.

1. Краткая теория

Известно, что электронный спектр отдельных атомов является дискретным. При образовании твердого тела каждому энергетическому уровню электрона в атоме соответствует, по крайней мере, одна зона разрешенных состояний электрона в твердом теле, причем разрешенные зоны разделены обычно довольно большими запрещенными для электрона значениями энергии E_g (так называемые запрещенные зоны).
Запрещенные и разрешенные зоны представлены на рис.24.

Если определённое число зон (считая от уровня вакуума в сторону меньших энергий) пустые, а начиная с некоторой – полностью заполненные электронами, и расстояние по энергии между соседними пустой и заполненной зонами велико (E_g ~ 2 – 3 эВ), то такое твёрдое тело будет диэлектриком. Проводимость диэлектрика равна нулю, т. к. проводимость по полностью пустой (или заполненной) зоне равна нулю. Если же ширина запрещённой зоны невелика (полупроводник, E_g ~ 0,5 – 1 эВ - германий, кремний), то в этом случае (при комнатной температуре) электроны за счёт теплового возбуждения имеют возможность переходить из валентной зоны (первой заполненной) в вышележащую (по энергии) пустую зону проводимости (см. рис.24), при этом возникает некоторое количество свободных носителей тока – электронов в зоне проводимости, "дырок" – в валентной зоне. Возникающая проводимость будет тем больше, чем выше температура кристалла. Такие полупроводники называются собственными.

При легировании собственного полупроводника (т.е. при добавлении определённых примесей) уровни валентных электронов примесных атомов оказываются близкими либо к дну зоны проводимости (электронный полупроводник), либо к потолку валентной зоны (дырочный полупроводник). При этом глубина залегания электронов примеси невелика ( 100 мэВ), и при комнатной температуре уже имеется достаточное число электронов в зоне проводимости за счёт тепловой ионизации атомов примеси (электронный полупроводник), либо дырок в валентной зоне, образовавшихся в результате захвата электронов атомами примеси (дырочный полупроводник). Сказанное поясняет рис.25. Штриховкой обозначены состояния, занятые электронами.

Стрелками обозначены переходы электронов при тепловом возбуждении. В первом случае возникает электронная проводимость, и такой полупроводник называется электронным (или n-типа), во втором – дырочным (полупроводник p-типа).