ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА
Цель работы: изучение и практическое исследование работы и характеристик полупроводникового диода.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛУПРОДНИКОВЫХ ДИОДАХ
При разработке и построении разнообразных электронных устройств
полупроводниковые диоды находят самое широкое применение. Полупроводниковые диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов германия и кремния. Соответственно, полупроводниковые диоды делятся на германиевые и кремниевые.
На рис. 1 показана структура атома чистого полупроводника.
Зона проводимости
Запрещенная зона
Валентная зона
Ядро
Рис. 1
В валентной зоне по определенным орбитам вокруг ядра вращаются
электроны. Общий отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра. В результате атом полупроводника является электрически нейтральным.
Между зоной проводимости и валентной зоной находится запрещенная зона, в пределах которой не могут длительное время находиться
электроны, покинувшие по какой-либо причине валентную зону.
При t = 0 К зона проводимости полупроводника пуста. В этом случае
полупроводник является диэлектриком. С ростом температуры электроны валентной зоны могут преодолеть запретную зону и попасть в
зону проводимости. При этом полупроводник начинает проводить электрический ток это собственная проводимость полупроводников.
Удельная электрическая проводимость чистых полупроводниковых
материалов колеблется в пределах 10 112 10 1 См/см.
Природа собственной проводимости заключается в следующем. Электроны, вращающиеся вокруг ядра атома полупроводника, могут находиться
на различных орбитах (оболочках). В атоме германия всего 32 электрона,
из них 28 находятся на внутренних орбитах и прочно удерживаются. У
кремния всего 14 электронов, из них 10 находятся на внутренних орбитах.
Во внешних оболочках атомы германия и кремния имеют по четыре электрона, слабо удерживаемых на орбитах. Именно эти четыре электрона атома германия и кремния могут покинуть свои орбиты и стать свободными.
Если электрон покидает атом и попадает в зону проводимости, то
атом становится положительно заряженным, и говорят, что образовалась дырка, положительно заряженная. Ее может заместить другой электрон. Таким образом, в материале идет процесс образования дырок и
хаотическое движение электронов. При этом средний ток равен нулю.
При t > 0 К свободные электроны и дырки образуются попарно. Этот
процесс называется генерацией пары. Процесс захвата дыркой свободного электрона называется рекомбинацией. Промежуток времени с момента
генерации зарядов до их рекомбинации называется временем жизни.
Под действием внешнего электрического поля заряды в полупроводнике начинают двигаться, т. е. появляется