Электрические свойства полупроводников

Цель работы: проверить электрические свойства полупроводников.

Теория. Экспериментально установлено, что электрический ток в полупроводниках не сопровождается переносом вещества — никаких химических изменений не происходит. Отсюда следует, что носителями тока в полупроводниках, как и в металлах, являются электроны. Однако, между полупроводниками и металлами имеются и глубокие различия. У металлов валентные электроны, находящиеся на внешних электронных оболочках, слабо связаны с атомами, легко отделяются от атомов и образуют "электронный газ", концентрация которого очень велика.

В полупроводниках валентные электроны значительно сильнее связаны с атомами. Поэтому концентрация электронов проводимости при комнатной температуре в полупроводниках незначительна она в миллиарды раз меньше, чем у металлов и удельное сопротивление при низкой температуре велико, оно близко к удельному сопротивлению диэлектриков.

При внешнем воздействии на кристаллы полупроводника (освещении его или нагревании) некоторые электроны приобретают энергию достаточную для разрыва ковалентных связей. Такие электроны становятся свободными - то есть электронами проводимости. У того атома, от которого внешним воздействием электрон, был переведен в свободное состояние, появилось вакантное место с не достающим электроном. Его называют "дыркой". "Дырка" ведет себя как положительно заряженная частица. Какой-либо из электронов соседних атомов может занять вакантное место, тогда "дырка" образуется в соседнем атоме и так далее, следовательно электрический ток в полупроводнике создается электронами и "дырками", то есть полупроводники обладают Полупроводниковые кристаллы в которых электроны служат особыми носителями заряда называют электронно-дырочной проводимостью.

Свойства полупроводников сильно зависят от содержания примесей. Примеси поставляющие электроны проводимости без возникновения равного им количества "дырок" называют донорными электронными полупроводниками, или проводниками n-типа (от «негатив» - отрицательный).

Примеси, захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные "дырки", не увеличивая при этом числа электронов, называют акцепторными. Такие полупроводники, у которых концентрация "дырок" превышает концентрацию электронов проводимости, называют полупроводниками р-типа (от «позитив» - положительный), или дырочными полупроводниками.

Основным свойством полупроводников оказалось свойство односторонней проводимости так называемого р-n-перехода, то есть контакта двух полупроводниковых кристаллов различного типа проводимостей.

Приборы и принадлежности: источник тока 4В, миллиамперметр 0,3 - 750мА, вольтметр 0 - 6 В, диод Д-226, потенциометр на 100 кОм, ключ, транзистор П401, соединительные провода.

Порядок проведения работы:

1. Проверка односторонней проводимости диода и снятие вольтамперной характеристики.

1.1. Составить цепь по схеме, изображённой на стенде;

1.2. Включить диод в прямом направлении, замкнуть цепь, отметить величину тока. Поменяв направление диода, убедиться в отсутствии тока в цепи;

1.3. Диод снова включить в прямом направлении и установить потенциометром напряжение, при котором ток будет равен нулю;

1.4. Затем, перемещая ползунок потенциометра постепенно увеличить напряжение на 0,2 В и каждый раз отмечать значение тока в цепи. При этом диапазон измерений миллиамперметра изменять по мере возрастания тока от 30 мА до 750 мА;

1.5. Результаты измерений занести в таблицу 1.1.;

1.6. Построить график зависимости прямого тока от напряжения.

Таблица 1.1.

2. Проверка наличия р-n переходов в транзисторе.

2.1. Установить с помощью потенциометра 2 В.

2.2. Проверить первый р-n переход эмиттер-база, для чего:

а) подключить в гнёзда диода на стенде клемму транзистора "Э" к "+", а клемму "Б" к "-", включить цепь,

б) поменяв местами клеммы "Э" и "Б", убедиться в отсутствии тока.

2.3. Проверить наличие второго р-n перехода коллектор-база, для чего:

а) клемму "К" подключить к "+", а клемму "Б" к "-", включить,

б) поменяв местами клеммы "К" и "Б", убедиться в отсутствии тока.

2.4. По результатам проверки пункта 2 сделать соответствующий вывод.

3. Сделать вывод о проделанной работе.

4. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. В чём различие проводимости проводников и полупроводников?

2. Как объяснить уменьшение сопротивления полупроводников при возрастании температуры?

3. Из чего состоит полупроводниковый диод и транзистор и их условное обозначение?

4. Что показывает вольтамперная характеристика диода?

5. Составить электрическую схему включения транзистора с общим эмиттером.