2. Описание рабочей установки и метода измерений
На вольтамперные характеристики полупроводниковых выпрямителей в сильной степени влияет температура. При повышении температуры увеличиваются прямой и обратный токи. Обратный ток существенно зависит от температуры, тогда как относительное изменение прямого тока с изменением температуры незначительно. С ростом температуры уменьшается высота потенциального барьера и экспоненциально растет концентрация неосновных носителей заряда, вследствие чего увеличивается ток насыщения IS с повышением температуры.
Зависимость обратного тока насыщения от температуры для полупроводниковых диодов можно представить в виде:
(1)
где С множитель, слабо зависящий от температуры, W энергия материала диода (ширина запрещенной зоны).
Исследуя температурную зависимость обратного тока насыщения, можно найти значение энергии активации (ширины запрещенной зоны) полупроводникового материала диода. Логарифмируя выражение (1), получим для температурТ1 и Т2 выражения:
(2)
Решая уравнения (2) относительно энергии W, получим:
(3)
где IS1 и IS2 обратные токи насыщения при температурах Т1и Т2 соответственно, k постоянная Больцмана.
Блок-схема установки для определения температурной зависимости обратного тока полупроводникового диода представлена на рис.6. Исследуемый диод 1, на который подается напряжение от блока питания 2, помещают вместе с термометром 3 в термостат 4,5 и нагревают с помощью электроплитки 6 от комнатной температуры до 60 С.
3. Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
1. Собрать схему для измерения обратного тока диода.
2. Подать на диод напряжение 8 10В в обратном направлении («» блока питания подключить к «+» анода диода).
3. Измерить обратный ток диода при комнатной температуре.
4. Включить нагреватель термостата и исследовать температурную зависимость обратного тока диода, измеряя его значение через 5С. Измерения вести до температуры 60С. Данные занести в таблицу.
Таблица результатов
|
№
|
t |
IS |
Т |
|
|
| |
|
опыта |
С |
мкА |
К |
|
|
Дж |
эВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.Построить
график зависимости натурального
логарифма обратного тока диода lnIS от
обратной температуры 
.
Провести через экспериментальные точки
прямую линию.
6.Определить координаты концов прямолинейного участка графика и вычислить по формуле (3) ширину запрещенной зоны полупроводника.
7. Сравнить полученное значение со значением ширины запрещенной зоны кремния (W = 1,07 эВ) и германия (W = 0,65 эВ) при температуре 340 К (1эВ = 1,61019 Дж).
4. Вопросы для допуска к работе
1. Сформулируйте цель работы.
2. Опишите рабочую установку и ход эксперимента.
3. Поясните экспериментальное определение ширины запрещенной зоны полупроводника.