Завдання 7. Одностороння електропровідність електронно-діркового переходу

Обладнання: I) діоди напівпровідникові на підставці, 2) лабораторний прилад з напівпровідниковим діодом, 3) гальванометр демонстраційний від амперметра, 4) Б 5-7, В-24 або батарея акумуляторів напругою близько 4 В, 5) реостат на 3000 Ом і 6,3 А, б) дроти сполучні, 7) стінна таблиця №3 - «Діод».

Перед демонстрацією досліду учням слід дати поняття про електронно-діркові переходи і способи їх отримання, а також розглянути фізичну суть процесів, що приводять до утворення замикаючого шару. Ці відомості потрібні для кращого розуміння досліду.

Після цього учнів знайомлять з пристроєм напівпровідникового діода по таблиці №3, де він представлений в розрізі (рис. 20).

Напівпровідниковий діод Д7Ж складається з монокристалічної пластинки германію 6, що володіє електронною провідністю. У верхню частину пластинки вплавлена крапля індію 5, а нижня частина припаяна оловом 7 до металевого корпусу 4. В процесі плавлення атоми індію дифундували всередину германію і утворили поверхневу область з дірковою провідністю. Інша частина пластинки, куди атоми індію не потрапили, залишилася з електронною провідністю. У результаті в пластинці утворилися дві різко розмежовані області з різним видом провідності, тобто,. електронно-дірковий перехід завтовшки в декілька мікрон.

Рис.20 Конструкція діода Д7Ж

Рис.21 Схема демонстраційного омметра

Пластинка германію поміщена в герметично закритий зварний металевий корпус 4, який ізолює її від атмосферного повітря і світла, забезпечуючи стійку роботу електронно-діркового переходу при змінній вологості навколишнього середовища і тиску. Від пластинки зроблено два відводи 3, причому один з них проходить в металевій трубці 1, ізольованій від корпусу склом 2.

Розглянувши пристрій діода, приступають до демонстрації залежності опору його електронно-діркового переходу від полярності прикладеної напруги. Для цього спочатку збирають демонстраційний омметр за схемою, показаною на рисунку 21, і за допомогою реостата встановлюють в ланцюзі струм такої величини, щоб стрілка гальванометра відхилилася до останнього ділення шкали «0-10» (нуль омметра).

Потім в ланцюг омметра включають напівпровідниковий діод в прохідному напрямі, як показано на схемі пунктиром і отримують установку, зображену на рис.22. Омметр показує, що опір діода в прохідному напрямі малий.

За схемою (рис.21) пояснюють результати цього досліду. При дії зовнішнього електричного поля, спрямованого від діркового напівпровідника до електронного, основні носії заряду в кожному напівпровіднику рухаються до межі розділу напівпровідників і руйнують замикаючий шар, збагачуючи його вільними носіями заряду. Це призводить до зменшення його опору. Електричний струм, створений основними носіями заряду, називають прямим струмом діода.

Рис.22 Демонстрація односторонньої провідності напівпровідникового діода

Після цього в попередній установці змінюють полярність включення діода. Струм в ланцюзі зменшується майже до нуля. Це вказує на значне збільшення опору замикаючого шару і його односторонню електропровідність.

З'ясовують причину цього явища. Вільні електрони в електронному напівпровіднику рухаються тепер до позитивного полюсу джерела струму, а дірки в дірковому напівпровіднику— до негативного. В результаті основні носії заряду віддаляються від межі напівпровідників, товщина замикаючого шару збільшується і опір його зростає. Лише дуже невеликий за величиною струм, який називають зворотним струмом діода, підтримується тепер рухом неосновних носіїв заряду до межі напівпровідників.