Міністерство освіти та науки України Національний університет «Львівська політехніка» Оптична лабораторія ЗВІТ про виконання лабораторної роботи №11 Тема: «Дослідження p-n переходу і практичне використання приладів на його основі» Виконав: ######### ######### Прийняв: ######### Львів-####Мета роботи: Отримати вольт-амперну характеристику (ВАХ) p-n переходу і ознайомитися із застосуванням кристалічного діода в ролі випрямляча та стабілізуючого пристрою. Прилади та обладнання: Установка для дослідження ВАХ p-n переходу. Короткі теоретичні відомості: Принцип дії напівпровідникових приладів грунтується на явищах, що мають місце на межі напівпровідників з провідністю p- або n-типу. Коротко нагадаємо основні відомості про напівпровідники. Цей клас речовин складають як окремі хімічні елементи (наприклад, Ge, Si), так і численні хімічні сполуки (наприклад, CdTe, GaSb, PbS). Напівпровідникові властивості речовини мають у кристалічному стані, а деякі з них – як, наприклад, названі раніш, зберігають ці властивості в аморфному стані, і навіть в рідкому, але поблизу точки плавлення. Можна запропонувати декілька означень для напівпровідникових матеріалів. Для лабораторної роботи, що виконується, найбільш інформативним буде таке означення: напівпровідники – це такі речовини, які у хімічно чистому стані мають концентрацію вільних носіїв заряду порядку
і, що дуже важливо, концентрація вільних носіїв зростає з температурою. У хімічно чистому напівпровіднику майже завжди концентрація електронів дорівнює концентрації позитивних носіїв заряду – дірок. Такі напівпровідники називають власними, а їх електропровідність – власною провідністю. Якщо розчинити у власному напівпровіднику хімічні елементи так, щоб внесені атоми зайняли позиції основних, можна отримати напівпровідники з домішковою провідністю. Електронна провідність (або n-тип провідності) виникає при внесенні у власний напівпровідник хімічних елементів з більшою валентністю атомів власного напівпровідника. Така процедура називається легуванням. Наприклад, при легуванні чорирьохвалентного германію п'ятивалентним алюмінієм у місці знаходження атома домішки з'являється зайвих вільний електрон – донор. У електронному напівпровіднику концентрація електронів набагато перевищує концентрацію дірок. Наприклад, в германії
р. Електрони в напівпровіднику n-типу називаються основними носіями струму, а дірки – неосновними. Діркова провідність (або p-тип провідності) виникає внаслідок добавляння у власний напівпровідник елементів з меншою валентністю порівняно з атомами власного напівпровідника. Якщо легувати германій домішкою трьохвалентного індію, то на місці домішки виникає електричний заряд, який поводить себе як вільна позитивна частинка, що називається діркою. Під дією зовнішнього електричного поля дірки рухаються до від'ємного полюса, причому звільнене діркою місце займає вільний електрон. Оскільки концентрація дірок у напівпровіднику р-типу набагато більша від концентрації вільних електронів, то вони називаються основними носіями, а електрони – неосновними. p-n-перехід є не що інше, як перехідний прошарок між двома областями напівпровідника, одна з яких має електропровідність n-типу, а друга – p-типу. Технологічно p-n-перехід утворюється, в одному з кристалів напівпровідника шляхом контрольованого легування різними домішками. Розглянемо електричні процеси, які мають місце поблизу p-n-переходу. У зв'язку з відмінністю у концентрації дірок та електронів по обидва боки p-n-переходу після його створення деякий час існує напрямлений рух електронів із n- в p-область, а дірок – із p- в n-область. Електрони, що потрапляють через перехід в р-область, заповнюють дірки (рекомбінують), вільні електрон та дірка внаслідок рекомбінації зникають і, таким чином, концентрація дифундуючих електронів в р-області швидко спадає в міру віддалення від р-п-переходу. Аналогічна картина має місце для дірок, що дифундують через перехід в п-область. Зустрічні потоки дірок та елек...