Описание лабораторной установки. Для изготовления туннельных p-n-переходов испльзуют такие полупроводниковые материалы как германий Ge

Для изготовления туннельных p-n-переходов испльзуют такие полупроводниковые материалы как германий Ge, арсенид галлия GaAs и др. Эти полупроводники имеют различные значения ширины запрещенной зоны, эффективной массы электрона и т.д. Но для вида вольт-амперной характеристики туннельного p-n-перехода нибольшее значение имеют величины плотности состояний в зоне проводимости N_C и валентной зоне N_V. Эти величины при заданном значении концентрации легирующей примеси определяют положение уровня Ферми. Чем меньше величина N_C или N_V, тем больше значение Е_Fⁿ – Е_С или E_V – Е_F^р в вырожденном полупроводнике (рис. 8).

В лабораторной работе в качестве туннельных p-n-переходов используются германиевый и арсенид галлиевый туннельные диды, которые размещены в термостате. Подключение к измерительным цепям одного их диодов осуществляется переключателем «Диоды» с положениями «1» и «2».

Для снятия вольт-амперной характеристики используются стрелочные индикаторы: «Измерение V» с пределом 0,1 и 1 В; «Измерение J» с пределом 100 mA. Изменение напряжения смещения, подаваемого на диод, осуществляется ручкой «Регулировка U». Тумблер «Полярность U» с положениями «+» и «-» служит для подачи на диод прямого или обратного смещения. Нагрев диодов происходит при включении тумблера «Нагрев» и при достижении температуры 60⁰С загорается сигнальная лампочка. Включение установки в сеть осуществляется тумблером «сеть вкл».

Исходное положение ручек управления: напряжение смещения в крайнем левом положении, тумблер «Полярность» в положении «+», тумблер «Нагрев» в положении «выкл», переключатель «Диоды» в положении «1».

 

2. Порядок выполнения работы

Включить установку в сеть и прогреть в течении 5 минут.

1. Исследование вольт-амперных характеристик p-n-переходов при комнатной температуре.

a. Вращая ручку «Регулировка U» снять 10 – 12 точек прямой ветви характеристи ки. Обратить особое внимание на точки максимального и минимального значения туннельного тока. Ручку «Регулировка U» установить в крайнее левое положение.

b. Тумблер «Полярность» установить в положение «-». Вращая ручку «Регулировка U» снять 5 – 7 точек обратной ветви характеристики.

c. Повторить измерения для второго туннельного диода.

2. Исследование вольт-амперных характеристик p-n-переходов при температуре 60⁰С.

Включить тумблер «Нагрев». После загорания сигнальной лампочки повторить измерения п.1.

3. По результатам измерений построить для каждого диода на одном графике вольт-амперные характеристики при комнатной температуре и при 60⁰С.

4. По графикам определить: а) полупроводниковый материал из которого изготовлен диод; б) величину отрицательного дифференциального сопротивления. (Ge: N_С ≈ N_V ≈ 10¹⁹ cм^-3; GaAs: N_С ≈ N_V ≈ 10¹⁷ cм^-3).

5. Рассчитать прозрачность потенциального барьера используя следующие данные:

a) Ge Eg = 0.66 эВ, m*=1,49*10^{-30 кг}

b) GaAs Eg = 1,42 эВ, m*=0,06*10^{-30 кг}

ћ = 1,054*10-34 Дж*с h = 6,626*10-34 Дж*с d = 100 Å

 

Содержание отчета

1. Цель и задачи исследования.

2. Результаты экспериментов в виде таблиц, графиков и результаты расчетов.

3. Анализ полученных данных и выводы по работе.