Лабораторная работа №3 туннельный эффект в вырожденном p-n переходе



Скачать 197.15 Kb.
страница2/2
Дата06.05.2013
Размер197.15 Kb.
ТипЛабораторная работа
1   2

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ



При включении установки производится измерение ВАХ по обычной схеме: миллиамперметр, включённый последовательно с диодом, измеряет ток диода, а вольтметр, подключённый парал-лельно к диоду, измеряет напряжение на нём. Кружки с буквами P1 и P2 означают на электрических схемах любой электроизме-рительный прибор. Напряжение на ТД, обозначенном на схеме бук-вами , подаётся от источника питания . Это напряжение регулируется с помощью потенциометра R.


ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ


  1. Измерения


4.1.1. Подключить миллиамперметр c диапазоном измеряемого тока к плате с электрической схемой, изображённой на рис.6. Плавно изменяя напряжение на диоде от до и от до с помощью резистора R, снять ВАХ ТД. Результаты из-мерения занести в таблицу 1. В каждом направлении измеряют ток и напряжение не менее чем в десяти точках.
Таблица 1

Результаты измерений



1

2

3

............

25


















gif" name="object120" align=absmiddle width=17 height=18>



































2. Теоретическая оценка параметров ТД
1. Оценить энергию Ферми в материале германиевого туннель-ного диода из следующих представлений. Плотность энергети-ческих состояний для электронов вблизи «дна» зоны проводимости с хорошим приближением описывается соответствующей функцией для свободных электронов и имеет вид:
(8)
где – эффективная масса электрона,

– энергия, соответствующая дну зоны проводимости,

– постоянная Планка.

Среднее число электронов, находящихся в одном квантовом энерге-тическом состоянии с энергией , определяется с помощью функции , называемой «функция распределения Ферми – Дирака». При абсолютном нуле температур эта функция имеет простой вид:
· (9)
В этом случае электроны в вырожденном полупроводнике заполнят все уровни энергии от «дна» зоны проводимости до уровня энергии со значениями , называемого уровнем Ферми. Все уровни энергии с большими значениями энергии свободны, не заняты элек-тронами. Значение энергии уровня Ферми определяется из условия:
(10)
где – концентрация электронов в данном вырожденном полупроводнике.

Подставляя в этот интеграл выражение (8) для и произведя интегрирование, получим:

откуда
(11)
При расчёте принять концентрацию электронов и дырок , а эффективную массу электрона принять равной массе свободного электрона. Взять значение в электрон – вольтах.

2. Вычислить энергию , соответствующую максимуму функ-ции распределения электронов по энергии в зоне проводимости.

Для этого надо найти максимум функции . При температуре, отличной от , функция распределения Ферми – Дирака имеет вид:
· (12)
Легко убедиться, что при функция (12) переходит в функцию (9).

Число электронов , имеющих энергию в интервале , равно:
.
Тогда в соответствии с определением имеем:

и с учётом формул (8) и (12) для функции распределения электронов по энергиям получаем окончательное выражение:
(13)
где – концентрация электронов в полупроводнике.

Учащимся предлагается самостоятельно исследовать это выраже-ние на максимум и найти . Приведём конечный результат:
(14)
3. Оценить значения и вольт–амперной характеристики германиевого ТД.

Расчёт вести по формулам:

(15)
4. Используя типичные параметры германиевого туннельного диода (ширина запрещённой зоны , толщина перехода , площадь перехода ) по формуле (4), оценить вероятность туннельного перехода электронов через барьер . Энергию электрона принять равной
, (16)
а высоту потенциального барьера
(17)
5. По формуле
(18)
оценить ток в максимуме ВАХ диода.
3. Обработка результатов измерений
1. По результатам измерений построить график ВАХ ТД.

2. Найти из графика ВАХ значения и и вычислить вели-чины и по формулам:
(19)
Сравнить полученные значения этих величин с их теоретичес-ким значением, вычисленным по формулам (11) и (14).

3. Найти из графика ВАХ значение и сравнить полученное зна-чение с теоретическим значением, вычисленным по формуле (18).

4. Исходя из формулы (18) вычислить полученное в опыте значение – вероятности туннелирования через переход и сравнить с её теоретическим значением.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем состоит физическое явление, называемое туннельным эффектом?

2. В каких физических явлениях имеет место туннельный эф-фект?

3. В каких технических устройствах или приборах используется туннельный эффект?

4. Что такое собственный полупроводник?

5. Что такое примесный полупроводник?

6. Как можно получить полупроводник n–типа? р–типа?

7. Каков физический смысл функции, называемой «плотность энергетических состояний»?

8. Каков физический смысл функции, называемой «функция распределения энергии электронов»?

9. Что такое уровень Ферми? Функция распределения Ферми-Ди-рака?

10. Как расположен уровень Ферми в собственных полупровод-никах?

11. Как расположен уровень Ферми в примесных полупровод-никах n–типа, р–типа?

12. Что такое вырожденный полупроводник?

13. Как расположен уровень Ферми в вырожденных полупро-водниках n–типа, р–типа?

14. Как появляется туннельный ток в туннельных диодах? Су-ществует ли туннельный ток в диодах?

15. Как объясняется появление падающей ветви вольт-амперной характеристике туннельного диода?

16. Для измерения тока диода последовательно с диодом необ-ходимо включить миллиамперметр. Какое может быть максималь-ное внутреннее сопротивление миллиамперметра, чтобы можно было измерить всю вольт–амперную характеристику диода (ВАХ), включая падающую часть, если используется туннельных диод с ВАХ, приведенной на рис.5?

17. Какой вид будет иметь ВАХ диода, если сопротивление в цепи диода будет превышать его дифференциальное сопротивле-ние на падающей ветви ВАХ?

18. Какими параметрами определяется максимально возможное значение скачка напряжения на туннельном диоде при увеличении напряжения от нуля?

19. Какими параметрами определяется максимально возможное значение скачка напряжения на туннельном диоде при умень-шении напряжения?

20. Для снятия ВАХ ТД на него надо подать напряжение от ис-точника питания. Какое наибольшее значение внутреннего сопро-тивления может быть у источника питания, чтобы можно было измерить всю вольт–амперную характеристику ТД, включая пада-ющую часть, если используется туннельных диод с ВАХ, приве-денной на рис.5?

21. При измерении ВАХ вышел из строя миллиамперметр и его заменили другим, внутреннее сопротивление которого оказалось в два раза больше. Как изменится ВАХ ТД?

2
2. На рис.7а и 7б приведены две различные схемы для изме-рения вольт–амперной характеристике (ВАХ) диода в прямом на-правлении. Напряжение источника питания (ИП) можно плавно из-менять. Схемы различаются способом подключением вольтметра. Какую из схем следует применить для измерения ВАХ диода в прямом направлении?

23. Из-за чего проявляется ошибка при измерении вольт–ампер-ной характеристики диода в прямом направлении при использо-вании схемы, изображенной на рис.7а?

24. Из-за чего появляется ошибка при измерении вольт–ампер-ной характеристики диода в прямом направлении при использо-вании схемы, изображенной на рис.7б?

25. В схемах на рис.7а,7б приборы и диод имеют следующие па-раметры: внутреннее сопротивление миллиамперметра = 20 Ом, внутреннее сопротивление вольтметра = 1 МОм. Показания вольтметра V= 0,5 В при показании миллиамперметра I= 100 мА. Найти относительную ошибку (ΔV/V) измерения напряжения на диоде по схеме 7а, если в качестве напряжения на диоде взять по-казания вольтметра.

26. Используя значения параметров схемы в предыдущем воп-росе, найти относительную ошибку (ΔI/I) измерения тока по схеме на рис.7б, если в качестве тока диода взять показания милли-амперметра. Действительно ли с такой точностью измеряется ток в этой лабораторной работе?

27. При подключении туннельного диода в схеме, изображен-ной на рис.6, перепутали полярность электродов и подключили туннельный диод в обратном направлении. Можно ли по виду ВАХ в обратном направлении отличить туннельный диод от обычного диода?

28. Каким будет ВАХ туннельного диода и обычного диода при температуре 0°К?

29. Какие элементы надо добавить к схеме на рис.5а, чтобы по-лучить генератор переменного тока? Нарисуйте схему генератора на туннельном диоде.

30. Какая может быть максимальная амплитуда колебаний гене-ратора на туннельном диоде, чтобы генерируемый сигнал имел ми-нимальные амплитуды искажения? (Для ответа на вопрос исполь-зуйте измеренную вами ВАХ).





1   2

Похожие:

Лабораторная работа №3 туннельный эффект в вырожденном p-n переходе iconЛабораторная работа №1 Работа в Oracle Database Express Edition 1 Лабораторная работа №6
Лабораторная работа Выполнение расчетов с использованием программирования в среде Visual Basic for Applications
Лабораторная работа №3 туннельный эффект в вырожденном p-n переходе iconЛабораторная работа №3. Знакомство с прерываниями. Лабораторная работа №4. Программная обработка клавиатуры
Лабораторная работа №1. Знакомство с общим устройством и функционированием ЭВМ. Изучение структуры процессора, организации памяти,...
Лабораторная работа №3 туннельный эффект в вырожденном p-n переходе iconЛабораторная работа №3 Тепловой эффект (энтальпия) химической реакции
Цель работы: на основании термодинамических представлений научиться делать заключение о принципиальной возможности и направленности...
Лабораторная работа №3 туннельный эффект в вырожденном p-n переходе iconЛабораторная работа №2 изучение электронно дырочных процессов в p n переходе
Цель работы состоит в экспериментальном изучении вольт–ам-перной характеристики полупроводникового диода и в вычислении параметров,...
Лабораторная работа №3 туннельный эффект в вырожденном p-n переходе iconЛабораторная работа по теме: «ms doc. Основные команды.»
Мбоу «сош №8 г. Петровска Саратовской области» Лабораторная работа в среде ms dos
Лабораторная работа №3 туннельный эффект в вырожденном p-n переходе iconЛабораторная работа №78 Изменение энтропии при фазовом переходе первого рода студент группы ит-72 Уксусов Кирилл
Определить температуру плавления и кристаллизации олова. Вычислить изменение энтропии при этих процессах
Лабораторная работа №3 туннельный эффект в вырожденном p-n переходе iconЛабораторная работа 08 Изучение дифракции рентгеновских лучей на кристаллах Москва 2005 г. 1 лабораторная работа 08
Цель работы: определение расстояний между атомными плоскостями в кристалле по имеющейся рентгенограмме
Лабораторная работа №3 туннельный эффект в вырожденном p-n переходе iconЛабораторная работа №13 Изучение законов фотоэффекта. Цель работы : экспериментальное изучение законов фотоэффекта
Вместе с тем фотоэлектрический эффект используется в фотоэлементах, получивших исключительно широ­кое применение в разнообразнейших...
Лабораторная работа №3 туннельный эффект в вырожденном p-n переходе iconЛабораторная работа №1 3 Создание ситуационного плана миигаиК 3 Лабораторная работа №2 8 Оцифровка части карты и создание базы данных 8
«Геоинформационные технологии сбора и обработки информации» в среде MapInfo Professional
Лабораторная работа №3 туннельный эффект в вырожденном p-n переходе iconЛабораторная работа №2 влияние различных факторов на степень набухания высокомолекулярных соединений, тепловой эффект процесса набухания
Такое ограниченное набухание носит равновесный характер, т е объем набухшего до предела высокомолекулярного вещества неограниченно...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org