ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

р-п- Перехода

Цель работы: ознакомиться с основными характеристиками электрофизических свойств р-п-перехода на примере германиевого диода Д-304; измерить вольт-амперную характеристику р-п-перехода и рассчитать на основании эксперимента основные характеристики р-п-перехода.

 

1. Методические указания по подготовке к работе

Общие сведения об электрофизических свойствах

полупроводников

    Одним из основных параметров, определяющих поведение вещества в электрическом поле, является удельная электропроводность, зависящая от подвижности и концентрации носителей заряда

s = q m n,

где q – заряд носителя; m – подвижность носителей заряда, n – концентрация носителей.

    Концентрация носителей заряда в проводниковых материалах (металлах) определяется физическими константами материала (плотностью, молярной массой, валентностью) и практически не зависит от внешних воздействий (температуры, электрических и электромагнитных полей и т.п.).

    В полупроводниковых материалах концентрация носителей заряда существенно зависит от внешних воздействий. Это может быть объяснено с помощью зонной теории. Согласно этой теории, носители заряда в энергетическом пространстве могут располагаться на разрешенных уровнях в валентной зоне (ВЗ), зоне проводимости (ЗП) и на примесных энергетических уровнях в зоне запрещенных значений энергий (ЗЗ) (рис.1.).

    В электропроводности полупроводника могут участвовать только носители, находящиеся в ЗП (электроны), и носители, находящиеся в ВЗ (дырки). Принято различать собственные и примесные носители. Если носители образовались при переходе электронов из ВЗ в ЗП (переход 3), получив дополнительную энергию не менее D W_g, то они будут собственными. При этом в ЗП будут электроны, а в ВЗ дырки, т.е. положительно заряженные области, из которых ушли электроны в ЗП. Концентрация собственных носителей обозначается n_i и p_i для электронов и дырок соответственно.

Рис.1. Схема энергетических зон для полупроводника

W_c , W_v  – энергии дна зоны проводимости и потолка валентной зоны соответственно; W_d , W_a  – энергии примесных донорного и акцепторного уровней соответственно; D W_g – ширина запрещенной зоны; D W_d – энергия донорного уровня относительно дна зоны проводимости; D W_a – энергия акцепторного уровня относительно потолка валентной зоны.

    Если носители образовались в результате перехода электрона с донорного уровня (переход 1) или из ВЗ на акцепторный уровень (переход 2), то носители будут примесные (электроны в ЗП и дырки в ВЗ). Носители, образовавшиеся в результате изменения температуры полупроводника, называются равновесными, так как их концентрация находится в тепловом равновесии с кристаллической решеткой. Это означает, что при увеличении температуры концентрация будет увеличиваться, а при снижении уменьшаться. Однако появление носителей может быть вызвано воздействием ряда внешних факторов, не связанных с изменением температуры полупроводника. К ним относятся, в частности, облучение светом, введение (инжекция) носителей из контактирующего с полупроводником тела (например, металла) или соседних участков этого же полупроводника под действием электрического поля или градиента концентрации (диффузии). Образующиеся таким образом избыточные носители не находятся в тепловом равновесии с полупроводником, и поэтому называются неравновесными. Полная концентрация носителей будет равна сумме равновесных и неравновесных носителей.

    Подвижность µ определяет скорость направленного движения (дрейфа) носителя в электрическом поле: V _др = µ Е, где V _др – скорость дрейфа носителя, Е – напряженность электрического поля. Численно µ равна скорости дрейфа в электрическом поле с Е = 1.

    Следует помнить, что наряду с процессом образования (генерации) неравновесных носителей, идет процесс их рекомбинации, при котором встречающиеся электрон и дырка аннигилируют. Окончательная концентрация носителей будет определяться равенством скоростей этих двух процессов.

    Рекомбинации характеризуются временем жизни носителя (t _n и t _p) т.е. временем, в течение которого концентрация носителей уменьшается в е раз (е = 2,718).

    Для описания поведения носителей в полупроводнике, находящемся под воздействием внешних факторов, составляется уравнение баланса концентраций неравновесных носителей заряда во времени и в пространстве. Это уравнение называется уравнением непрерывности. Для одномерного случая (т.е. когда рассматривается изменение концентрации неравновесных носителей вдоль одной оси, например Х), уравнения имеют вид

    для электронов:

 

                                                        

 

    для дырок:

                                                        

где g ( x , t ) – скорость образования неравновесных носителей; D n , D p – концентрация неравновесных носителей (электронов и дырок соответственно);t _n , t _p – время жизни носителей (электронов и дырок соответственно); m _{n ,} m _p – подвижность носителей (электронов и дырок соответственно); E – напряженность электрического поля;

– градиенты концентраций носителей (электронов и дырок
соответственно); D_n , D_p –коэффициенты диффузии носителей

              (электронов и дырок соответственно).

    Диффузия – это направленный перенос носителей в сторону уменьшения их концентрации. Плотность диффузионного потока Ф, равная числу носителей, проходящих через 1 м² в 1 с, пропорциональна градиенту концентрации

                                                                                                    

где D – коэффициент диффузии, зависящий от природы взаимодействующих веществ и температуры.

    Для характеристики рекомбинационных процессов вводится понятие диффузионной длины носителя, которая равна

    для электронов:

                                                                                                  

    для дырок:

                                                                                                

    Диффузионной длиной носителя называется отрезок, на котором его концентрация уменьшается в е раз (2,718 раз).

    Коэффициент диффузии связан с подвижностью носителей соотношением Эйнштейна

    для электронов:

                                                                                                      

    для дырок:

                                                                                                      

Общие свойства p - n -перехода

    При контакте двух полупроводников с различным типом носителей на границе возникают диффузионные процессы: электроны из полупроводника п-типа перемещаются в полупроводник р-типа, а дырки из полупроводника р-типа – в полупроводник п-типа. В результате нарушается электронейтральность прилегающих к границе областей полупроводников, что приводит к возникновению контактной разности потенциалов. Эту область называют р-п-переходом. Контактная разность потенциалов создает потенциальный барьер, препятствующий дальнейшей диффузии основных носителей и способствующий дрейфу неосновных носителей. Так как потоки основных и неосновных носителей направлены навстречу друг другу, то при некотором значении контактной разности потенциалов наступает равновесие. Электрофизические свойства образовавшегося таким образом p - n -перехода определяются следующими характеристиками:

    – контактная разность потенциалов V _к ;

    –концентрации акцепторных примесей в р-области N_a и донорных примесей в п-области N_d;

    –толщина p - n -перехода d _{p - n} ;

    –барьерная емкость перехода  C _{бар/ U =0} ;

    При приложении внешнего электрического поля к p - n -переходу, последнее будет либо уменьшать величину потенциального барьера (прямое включение), либо увеличивать (обратное включение). Следовательно, при прямом включении будет увеличиваться диффузионный ток основных носителей, и уменьшаться дрейфовый ток неосновных носителей, а при обратном включении – наоборот. Так как концентрация основных носителей на несколько порядков больше, чем неосновных, то увеличение тока при прямом включении p - n -перехода существенно выше, чем при обратном. Эта особенность p - n -перехода отражена в вольт-амперной характеристике (рис. 3).

2. Порядок выполнения работы

    1. В данной работе экспериментальным путем определяются V _к, N_a, N_d

а затем рассчитываются остальные характеристики p - n -перехода.

    2. Объект исследования: p - n -переход германиевого диода Д-304.

    3. Схемы исследования.

    Схема измерения прямой ветви вольт-амперной характеристики (ВАХ) диода приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема измерения прямой ветви ВАХ

 

    Схема собирается на монтажном шасси с использованием комплекта соединительных проводов. Напряжение питания подается от источника    0 – 3В (гнезда Г 7 блока 3 лабораторного стенда). Токи и напряжения измеряются внешними стрелочными измерительными приборами. Пределы измерений приборов указаны на схеме.

    Схема измерения обратной ветви вольт-амперной характеристики диода приведена на рис. 2. Напряжение питания подается от источника          0 – 15В (гнезда Г 8 блока 3 лабораторного стенда).

Рис. 2. Схема измерения обратной ветви ВАХ

 

Порядок выполнения экспериментальной части работы:

    1. Соберите схему, изображенную на рис. 1.

    2. После проверки схемы преподавателем измерьте U_пр.прямой ветви вольт-амперной характеристики диода; значения прямого тока устанавливайте в соответствии с табл. 1.

Таблица 1. Значения прямого напряжения

Iпр., мА	0	2	10	20	30	40	80	120	160	200	240	280
Uпр.,В

 

    3. Соберите схему, изображенную на рис. 2.

    4. После проверки схемы преподавателем измерьте I_обр обратной ветви вольтамперной характеристики диода. Отсчет напряжения U _обр начинайте с U _обр =10 В и заканчивайте U _обр =1 В (10, 8,…,1); после точки U _обр =1 В снимите напряжение, выдернув штекер «+» из гнезда Г8 (это соответствует U _обр =0 В.

Таблица 2. Значения обратного тока

Uобр.,В	10	8	6	4	2	1	0
Iобр., мА

 

Обработка результатов измерений

    1. Постройте вольт-амперную характеристику диода (зависимость тока, протекающего через диод от напряжения на диоде). Прямую и обратную ветви стройте на одном графике, используя разные масштабы.

    2. Определите контактную разность потенциалов V _к, графическим путем, продлив линейные участок прямой ветви вольт-амперной характеристики до пересечения с осью напряжений (рис. 3)

    3. Определите концентрации акцепторной примеси в р-области N_а, и донорной примеси в п-области N _d. Система уравнений для расчетов:

              

где : I₀ – обратный ток насыщения (рис. 3); q = 1,6×10^-19 Кл – заряд электрона;

k = 1,38×10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана; T ( K ) – температура исследуемого перехода; S - площадь поперечного сечения p - n перехода задается преподавателем: вариант 1 – S = 0,075×10^{-4 м2};  вариант 2 – S  = 0,1×10^{-4 м2}; вариант 3 – S  = 0,125×10^{-4 м2.}

Рис.3. ВАХ p - n -перехода

 

    D_n , D_p , L_n , L_p , n_i – параметры собственного полупроводника (германия), при Т = 300 К: D_n = 1,01×10^-2 м²/c – коэффициент диффузии электронов; D_p = 0,49×10^-2 м²/c – коэффициент диффузии дырок; L_n = 1,0×10^{-3 м – диффузионная длина электронов в р-области;}L_p = 9,0×10^{-4 м – диффузионная длина дырок в п-области;}n_i = 2,5×10¹⁹ м^-3 – концентрация свободных электронов.

    В связи с тем, что фактическая температура, при которой проводятся измерения, незначительно отличается от T = 300 К, то в расчетах допускается использовать значения параметров собственного полупроводника для T = 300 К.

Примечание. 1.Система уравнений (1) решается следующим образом:

    – из второго уравнения определяется численное значения произведения N_dN_a и одно из неизвестных, например, N_a выражается через второе N_d;

    – полученное выражение для N_a подставляется в первое уравнение, и в результате получается квадратное уравнение относительно N_d, которое решается известным способом. 2. Из двух решений системы (1) для сочетаний N_d , N_a  следует выбрать то, при котором барьерная емкость перехода меньше.

    4. Определите суммарное электрическое сопротивление r контактных площадок и пассивных участков p - n -перехода:

                                                                                  (2)

где U_x , I_x – напряжение и токв произвольной точке линейного участка прямой ветви вольт-амперной характеристики (см. рис. 3).

    5. Рассчитайте толщину d _(р-п) и барьерную емкость С _{d /u=0} р-п-перехода по следующим формулам:

                                                        (3)

где e = 16 диэлектрическая проницаемость, Ge; e₀ = 8,85·10^-12  Ф/м – электрическая постоянная

                                                                       (4))

 

    6. Полученные результаты сведите в табл. 3.

Таблица 3. Рассчитанные параметры р-п-перехода

V к ,В	Nа ,см-3	N d, см-3	d (р-п), мкм	С d / U =0, пФ

 

3. Содержание отчета

    1. Цель работы.

    2. Перечень применяемых приборов.

    3. Электрические схемы исследований.

    4. Результаты измерений, расчетов и графики.

    5. Выводы.

Контрольные вопросы

    1. Чем отличаются равновесные, неравновесные, собственные, примесные, основные и неосновные носители?

    2. Какие процессы протекают при формировании р-п-перехода ?

    3. Процессы в р-п-переходе при прямом включении?

    4. Процессы в р-п-переходе при обратном включении?

    5. Что происходит в р-п-переходе при достижении U _пр = V_k?

 

Рекомендуемая литература

    1. Жеребцов И. П. Основы электроники. 5-е изд., перераб. и доп.- Л.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с.

    2. Батушев В. А. Электронные приборы. 2-е изд., перераб. и доп.-М: Высш. шк., 1980, 383 с.

 

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

С ПОМОЩЬЮ ЭФФЕКТА ХОЛЛА

    Цель работы: определить знак заряда, подвижность и концентрацию 

носителей в полупроводнике с помощью эффекта Холла.

 

1. Методические указания по подготовке к работе

    Эффект Холла относится к гальваномагнитным явлениям, возникающим в твердых телах при действии на них одновременно электрического и магнитного полей. Измерение ЭДС Холла позволяет определить тип носителей заряда и их концентрацию, а в сочетание с измерением проводимости – подвижность носителей заряда. Появление эффекта Холла связано с тем, что на движущийся со скоростью Vноситель заряда в магнитном поле с индукцией B действует сила Лоренца  F _л

                                                                                (1)

где q =  1,601×10^-9 Кл (для электрона знак «– », для дырки – «+»).

Предположим, что по полупроводнику, имеющему форму прямоугольной пластины, протекает электрический ток I ₀ , (рис.1,а), обусловленный движением только электронов (полупроводник n -типа). При этом электроны совершают дрейф со скоростью V в противоположном току ` I ₀ направлении. В отсутствии магнитного поля разность потенциалов между точками С и D, лежащими на одной эквипотенциальной поверхности, равна нулю. Если образец поместить в магнитное поле с индукцией B, перпендикулярной направлению тока и плоскости образца, то тогда сила Лоренца будет смещать движущиеся электроны к левой грани пластины. Направление смещения определяется направлением силы Лоренца, т.е. векторным произведением (1) с учетом знака носителей. В результате между боковыми гранями пластины (точками С и D) возникает разность потенциалов (ЭДС Холла).

 

 

Рис. 1. Эффект Холла в полупроводниках: а – п-типа; б – р-типа

 

    В полупроводниках р-типа (рис. 1,б) при том же направлении тока вектор скорости дырок направлен в противоположную сторону, знак носителя заряда также другой, и поэтому сила Лоренца (1) действует на дырки в ту же сторону, смещая их также к левой грани. Однако знак ЭДС холла получается противоположный из-за другого знака носителя.

    Накопления носителей заряда у боковой грани пластины прекратиться, когда сила Лоренца уравновесится силой F , действующей на носитель заряда со стороны холловского электрического поля.

    При перпендикулярном направлении индукции магнитного поля B к плоскости образца условием равновесия будет равенство

                                                                                           (2)

где E _Х – напряженность холловского электрического поля

    ЭДС Холла, т.е. поперечная разность потенциалов между боковыми гранями пластинки будет

                                                                                  (3)

где b – ширина пластинки.

   Для полупроводника р-типа скорость движения дырок V может быть определена из соотношения для плотности тока j

                                                                                                (4)

где p– концентрация дырок.

    Подставляя значение V, определенное из (4) в соотношение (3), получим

                                                              (5)

где S = d b – площадь поперечного сечения пластинки; d – толщина пластинки.

    Окончательно получим

                                                                                       (6)

где R _х = 1/ qp – постоянная Холла.

   Для полупроводника п-типа

                                                                                               (7)

где n – концентрация электронов.

    Формулы (6) и (7) выведены из предположения, что энергии, а следовательно и скорости всех носителей одинаковы. Это справедливо только для вырожденных полупроводников. В невырожденных полупроводниках носители заряда распределены по скорости, что приводит к появлению в числителе формул (6) и (7) множителя не равного 1. Для полупроводников с преобладанием рассеяния носителей на тепловых колебаниях кристаллической решетки множитель равен 1,18, для полупроводников с преобладанием рассеяния на ионизированных примесях множитель 1,93. Принято считать, если знак R _Х  положительный, то основными носителями электрического заряда являются дырки, если знак R _Х отрицательный – электроны. Следует отметить, что пропорциональность холловского напряжения индукции магнитного поля сохраняется только в «слабых» магнитных полях. Критерием «слабости» магнитного поля является соблюдение требования

                                                                                              (8)

где y – подвижность носителей.

    Это ограничение связано с тем, что в «сильных» магнитных полях происходит не только отклонение носителя электрического заряда, а также и закручивание его траектории вокруг линий магнитного поля. Умножив постоянную Холла на удельную электропроводность материала s ₀ = | q | yn , получим

                                                                                               (9)

    Эффекту Холла обычно сопутствует ряд эффектов, которые могут внести значительные погрешности при измерении холловской разности потенциалов. Рассмотрим некоторые из сопутствующих эффектов и способы устранения их влияния на точность измерений.

Погрешность, вносимая асимметрией холловских зондов

    Пусть магнитное поле отсутствует. Тогда эквипотенциальные поверхности перпендикулярны линиям тока (рис. 2). Холловские зонды должны располагаться на одной эквипотенциальной линии (расположены в симметричных точках С и D ). При таком расположении измерительных зондов при включении магнитного поля будет измерено истинное значение холловской разности потенциалов. При асимметричном расположении зондов (например, в точках С' и D ) необходимо учитывать разность потенциалов между этими точками U_DC = U _Х + U_A .

Рис. 2. Схема расположения холловских зондов

    Так как знак U _А не зависит от направления магнитного поля, то разность потенциалов U _А можно исключить, выполняя два последовательных измерения с использованием противоположных по направлению магнитных полей. Результаты этих измерений записываются в виде:

                                                                            (10)

 

                                                                           (11)

    Из выражений (10) и (11) получим

 

                                                                    (12)

 

Погрешность, вносимая продольным градиентом температуры

    Термомагнитные эффекты возникают при воздействии магнитного поля на проводник, в котором имеется градиент температуры. Пусть, например, в образце (рис. 3) существует градиент температуры вдоль образца от верхней грани В к нижней грани А (T_B < T_A). Тогда от грани А к грани В

Рис.3. Схема возникновения эффекта Риги – Ледюка.

возникают направленные, результирующие потоки свободных носителей заряда. Они обусловлены тем, что на горячем конце образца средние скорости хаотического теплового движения выше, чем на холодном (явление термодиффузии), а также тем, что на горячем конце образца концентрация носителей может оказаться выше, чем на холодном (диффузия). Между холодным и горячим концами образца появится разность потенциалов (термо-ЭДС). Эта разность потенциалов приводит к возникновению встречного по отношению к термодиффузионному потоку дрейфового потока носителей. Например, если образец представляет собой полупроводник n -типа, то термодиффузия и диффузия электронов приводят к появлению отрицательного заряда на верхней и положительного на нижней гранях образца (рис. 3). Тогда от верхней грани к нижней пойдет дрейфовый поток электронов. Термо-ЭДС нарастает до тех пор, пока дрейфовый поток не сравняется со встречным тепловым потоком. Эти два потока, однако, переносятся электронами с разными средними скоростями теплового хаотического движения. В тепловом потоке средняя скорость хаотического движения носителей выше, чем в дрейфовом. В поперечном магнитном поле эти потоки отклоняются к противоположным граням С и D. Из-за разных средних скоростей хаотического теплового движения во встречных продольных потоках носителей они отклоняются магнитным полем несколько по-разному и в поперечном направлении также возникает некоторая разность потенциалов (поперечный эффект Нернста).

    Эффект Нернста приводит к возникновению поперечной разности потенциалов

                                                                                 (13)

где Q – коэффициент Нернста; H – напряженность поперечного магнитного поля; dT / da – продольный градиент температуры (a – длина образца, b – ширина образца).

    Из уравнения (13) следует, что знак U_H  зависит только от направления магнитного поля. Следовательно, U_H можно исключить из измеренной величины ЭДС Холла, если выполнить измерения при двух противоположных направлениях электрического тока,

                                                                              (14)

                                                                                  (15)

    Из выражений (14) и (15) находим

                                                                               (16)

    Кроме того, грань C к которой отклоняется тепловой поток, окажется более горячей, чем грань D, и возникает поперечный градиент температуры, пропорциональный продольному, называемый  эффектом Риги – Ледюка. Последний приводит к возникновению термопар между материалами зондов и полупроводниковой пластиной.

    Знак ЭДС Риги – Ледюка U _Р-Л также как знак U _Н зависит только от направления магнитного поля, и следовательно U _Р-Л исключается одновременно с U _Н путем измерений при двух противоположных направлениях электрического тока.

    Таким образом, совместное влияние асимметрии холловских зондов и градиента температур можно исключить, если провести измерения при двух направлениях тока и двух направлениях магнитного поля:

                                                  (17)

Решая систему уравнений (17) относительно U_X  получим

                                  (18)

 

2. Порядок выполнения работы

Объект исследования

    Прямоугольная пластина легированного германия с размерами a =11,5 мм ; b =7,5 мм; d =3,5 мм,снабженная холловскими зондами и токовыми электродами и помещенная между полюсами электромагнита ЭМ.

Схема лабораторной установки

    Лабораторная установка (рис. 4) включает в себя:

– блок питания электромагнита АГАТ;

– микровольтметр В2-15 для измерения величины и знака разности потенциалов

U между холловскими зондами;

– блок питания образца (БПО).

Рис.4. Схема лабораторной установки

 

Порядок выполнения экспериментальной части работы

    1. Получите у преподавателя вариант задания: значения токов через

обмотку электромагнита I _ЭМ  и через исследуемый образец I _{0 .}

    2. Подготовьте лабораторную установку к работе:

    – тумблеры питания на передних панелях БПО, В2-15 и АГАТ поставьте в положении ВЫКЛ.;

    – ручку регулировки напряжения на передней панели АГАТА поверните до упора против часовой стрелки;

    – регулятор тока I₀ на передней панели БПО поверните до предела против часовой стрелки.

    3. Проведите измерения ЭДС Холла:

    – включите шнуры питания БПО, В2-15 и АГАТА в сеть электропитания;

    – установите с помощью тумблеров «± H» (прибор АГАТ) и «± I₀» (прибор БПО) первое сочетание знаков Н и I ₀, указанное в табл. 1;

    – для данного сочетания знаков Н и I ₀ установите указанное в табл.1 положение переключателя пределов измерения и тумблера «полярность» (прибор В2-15);

    – тумблеры питания на передних панелях БПО, В2-15 и АГАТА поставьте в положение ВКЛ., при этом стрелка прибора В2-15 отклонится вправо до предела и примерно через 15 с  вернется в нулевое положение;

    – с помощью ручки регулировки напряжения (АГАТ) установите (амперметр А2, вся шкала ± 5 А) значение тока I _эм через обмотку электромагнита, указанное в задании. Дайте приборам прогреться не менее 3 мин.

    – измерьте разность потенциалов между холловскими зондами для первогосочетания знаков Н и I ₀ , для этого:

· регулятором тока (прибор БПО) установите значение тока I ₀, протекающего через образец, указанное в задании (амперметр А1; вся шкала 5 мА). Отсчитайте число делений по шкале стрелочного прибора В2-15 и определите величину разности потенциалов U (в милливольтах), знак разности потенциалов определите по положению тумблера «полярность» и результаты запишите в табл.1.

· регулятор тока I ₀ поверните до упора против часовой стрелки;

· повторите измерение разности потенциалов между холловскими зондами для трех следующих сочетаний знаков Н и I ₀ (табл. 1);

· результаты измерений занесите в табл. 1:

Таблица 1. Измеренные значения напряжения между холловскими зондами

 

№ изме- рения	Подготовка приборов к измерению			Результаты измерений
	Сочетание знаков Н и I 0	Положение переключателей пределов изме- рения (В2-15)	Положение тумблера «поляр- ность» (В2-15)	Число делений шкалы (В2-15)	Знак и величина U, мВ
1	+ Н, + I 0	mV = 1000 х 1 Вся шкала 1,0 мВ	« – »
2	+ Н, – I 0		« + »
3	– Н, + I 0	mV = 100 х 1 Вся шкала 0,1 мВ	« + »
4	– Н, – I 0		« – »

 

    4. Измерьте с помощью милливольтметра V1, расположенного на передней панели БПО (вся шкала прибора – 50 мВ), падение напряжения U ₀

на образце при значении тока I ₀, указанном в задании; результаты занесите в табл. 2

Таблица 2. Параметры полупроводника

I0, мА	U0, мВ	R0, Ом	Параметры полупроводника
			RX, м3 / Кл	s 0 ,  1/ Ом м	y, м2/ В с	n, 1/ м3

 

Обработка результатов измерений

    1. Рассчитайте постоянную Xолла по формуле

                                          м³/Кл,                                              

где  мВ; d – толщина образца, м;

I ₀ – ток через образец, мА; B = m m ₀ H – магнитная индукция, Тл  ( m = 1; m ₀ = 4p×10^-7 Гн/м, H = К I _эм – напряженность магнитного поляА/м, К = 49,95 10³ м^-1 I _эм – ток через электромагнит, А);

    2. Рассчитайте удельную электропроводность, подвижность, концентрацию и определите знак носителя заряда по формулам:

s ₀ = a / R ₀ b d – удельная электропроводность образца, 1/ Ом×м,

где: a, b и d  – размеры образца, м; R ₀ = U ₀ / I ₀  – сопротивление образца, Ом;

y =| R_x | s ₀ – подвижность носителей, м²/ В с; n = s ₀ / | q | y  – концентрация носителей, 1/м³; | q | = 1,6×10^-19 - величина заряда носителя, Кл; R_X  = 1/ q n – соотношение для определения знака заряда.

    Результаты расчетов занесите в табл.2.

1. Содержание отчета

    1. Цель работы

    2. Схема лабораторной установки.

    3. Результаты измерений и расчетов.

    4. Выводы

 

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРИКАПА

 

    Цель работы: исследовать зависимости емкости и добротности варикапа от управляющего напряжения.

1. Методические указания по подготовке к работе

    Конденсатор – это электрорадиоэлемент, способный накапливать и быстро отдавать электрическую энергию. Для плоского конденсатора, состоящего из двух металлических электродов (обкладок) и диэлектрика между ними, емкость определяется по формуле

                                                                                            (1)

где e ₀  – диэлектрическая проницаемость вакуума, e ₀ = 8,86 10^-12 Ф/м; e  – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S – площадь электрода; d  – толщина диэлектрика.

    Конденсаторы делятся на два основных класса: конденсаторы постоянной емкости и конденсаторы переменной емкости (КПЕ). Они существенно различаются по назначению, параметрам и конструкции, хотя и обладают многими общими характеристиками. КПЕ используются в РЭ