Вычислим погрешности по оси y.

Определение ширины запрещенной зоны полупроводника по температурной зависимости обратного тока диода

Выполнила студентка группы 2611 Якунин М.С.

Проверил доцент Ли М.М.

Ханты-Мансийск

2013 г

Введение

Целью работы является:

- изучение зависимости электропроводности полупроводника от его температуры;

- определение ширины запрещенной зоны полупроводника.

Краткая теория

Ширина запрещенной зоны является важнейшей характеристикой полупроводниковых материалов. На Рис.1.1 представлена зонная диаграмма собственного (беспримесного) полупроводника.

Рисунок 1.1 – Зонная диаграмма собственного полупроводника

Рисунок 1.2 – Зонная диаграмма полупроводника - типа

На этом рисунке: - энергия дна зоны проводимости, - энергия потолка валентной зоны, - энергия Ферми, - ширина запрещенной зоны.

Проводимость собственного полупроводника обусловлена электронами, которые переходят из валентной зоны на энергетические уровни зоны проводимости вследствие теплового возбуждения и дырками, возникающими в валентной зоне после ухода электронов.

Примесные полупроводники характеризуются наличием примесных атомов в кристаллической решетке. На Рис. 1.2 приведена зонная диаграмма примесного полупроводника с донорной примесью. В качестве донорной примеси в кристаллическую решетку собственного полупроводника, например германия, внедряются атомы пятой группы таблицы Менделеева (фосфор, мышьяк).

Уровень энергии , соответствующий атомам донорной примеси, располагается в запрещенной зоне на 0,01 эВ ниже потолка зоны проводимости . При этом даже при комнатной температуре электроны атомов донорной примеси переходят на энергетические уровни зоны проводимости. Такой полупроводник называется полупроводником - типа, в котором электроны в зоне проводимости являются основными носителями заряда, а дырки, возникающие в валентной зоне, называются при этом неосновными носителями заряда.

На Рис. 1.3 приведена зонная диаграмма полупроводника - типа. Такой полупроводник можно получить, если ввести в кристаллическую решетку германия акцепторную примесь, например, трехвалентные атомы индия, галлия.

Рисунок 1.3 – Зонная диаграмма полупроводника - типа

Уровень энергии атомов-акцепторов находится в запрещенной зоне вблизи потолка валентной зоны. При этом электроны из валентной зоны легко переходят на акцепторные уровни. В валентной зоне полупроводника - типа образуются дырки, которые являются основными носителями заряда, а электроны в зоне проводимости будут неосновными носителями заряда.

Рассмотрим так называемый - переход (Рис. 1.4). Он представляет собой тонкий слой на границе между двумя областями одного и того же кристалла, отличающимися типом примесной проводимости. Для изготовление - перехода необходимо взять монокристалл очень чистого полупроводника, например, германия с электронным типом проводимости( - тип). В тонкую пластинку полупроводника вплавляют кусочек индия. В той области германия, в которую проникают атомы индия, проводимость полупроводника становится дырочной ( - тип). На границе области возникает - переход.

Рисунок 1.4 – Схема - перехода

График зависимости тока через диод от приложенного к нему напряжения (вольт-амперная характеристика) представлен на Рис. 1.6.

Рисунок 1.6 – Вольт-амперная характеристика диода

на основе - перехода

Если приложить разность потенциалов, при которой у - области «минус», а у - области «плюс», то диод пропускает ток, сила которого быстро возрастает при увеличении напряжения. Такое включение называется «прямым».

При обратной разности потенциалов («обратное» напряжение) сила тока быстро достигает насыщения, т.е. перестает зависеть от величины . Анализ показывает, что при этом сила обратного тока обусловлена концентрацией неосновных носителей заряда и подчиняется закону: