Badanie własności półprzewodnikowych złączy p-n / Physical properties of semiconductor devices

 

Celem ćwiczenia jest poznanie zjawisk fizycznych będących podstawą działania elementów elektronicznych takich jak diody (tunelowa, prostownicza, elektroluminescencyjna (LED), Zenera) czy tranzystor bipolarny.

Z charakterystyki prądowo-napięciowej diody tunelowej student wyznacza napięcia charakterystyczne (szczytu i doliny) i na tej podstawie oblicza kwazipoziomy Fermiego oraz koncentracje nośników ładunku po obydwu stronach złącza p-n. Otrzymane wyniki są porównywane z koncentracjami krytycznymi dla danego materiału półprzewodnikowego. Charakterystyki prądowo-napięciowe diod prostowniczych pozwalają na sprawdzenie na ile w rzeczywistych elementach elektronicznych spełnione jest prawo Shockleya. Ponadto badany jest wpływ materiału, z którego wykonana jest dioda (krzem, german), na jej charakterystykę.

Znajomość charakterystyk prądowo-napięciowych oraz widm emisyjnych diod elektroluminescencyjnych (LED) pozwala na wyznaczenie iloczynu stałej Plancka i prędkości światła. Z kolei badanie charakterystyk diod Zenera umożliwia studentowi zapoznanie się z takimi zjawiskami fizycznymi jak efekt Zenera czy powielanie lawinowe.
Znajomość zależności prądu kolektora od napięcia baza-emiter tranzystora bipolarnego, wyznaczonej w kilku różnych temperaturach, pozwala na obliczenie stosunku ładunku elementarnego do masy elektronu. Otrzymane  charakterystyki  prądowo-napięciowe są porównywane z charakterystykami diod prostowniczych.

W trakcie wykonywania ćwiczenia student ma do dyspozycji zasilacz, mierniki uniwersalne, spektrometr optyczny, kable połączeniowe oraz badane elementy elektroniczne.

 

 The aim of this laboratory class is to introduce students to the physics of semiconductor devices. It is realized by:

  • determination of impurity concentrations in tunnel diode,
  • determination of the e/k ratio from the IC(UBE) current-voltage characteristic of bipolar transistor,
  • measurement of the current-voltage characteristics of typicalrectifier diodes (silicon and germanium ones) and comparison with the IC(UBE) characteristic of bipolar transistor,
  • observation of the Zener effect or avalanche breakdown on the basis of current-voltage characteristics of typical Zener diodes,
  • determination of the hc product from the current-voltagecharacteristics and emission spectra of light-emitting diodes (LEDs).