Wyznaczanie stosunku e/k_B i przerwy energetycznej w półprzewodnikach

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z fizycznymi podstawami działania złącza p-n, podstawowego elementu wielu urządzeń półprzewodnikowych. Ćwiczenie polega na wykonaniu pomiarów zależności natężenia prądu płynącego przez złącze od przyłożonego napięcia (charakterystyk I(V)) dla różnych temperatur. Analiza otrzymanych charakterystyk pozwala na wyznaczenie stosunku e/k_B i przerwy energii wzbronionych krzemu.

Zagadnienia teoretyczne:

1. Podstawy teorii półprzewodników. Teoria pasmowa, przerwa energii wzbronionych.
2. Półprzewodniki samoistne, półprzewodniki typu n i p. Przewodnictwo elektronowe i dziurowe. Donory i akceptory, prosta teoria energii wiązania elektronu na donorze i dziury na akceptorze. Złącze p-n, prądy nośników większościowych i mniejszościowych bez napięcia zewnętrznego. Zależność prądów płynących przez złącze p-n od przyłożonego do niego napięcia, charakterystyka prądowo-napięciowa, równanie diody. Zależność prądu nośników mniejszościowych od przerwy energii wzbronionych i temperatury.
3. Wyznaczanie stosunku e/k_B z charakterystyki tranzystora mocy.
4. Wyznaczanie szerokości przerwy energii wzbronionych Si z charakterystyki tranzystora mocy.
5. Graficzne przedstawienie wyników pomiarów z użyciem jednego z dostępnych komputerowych programów graficznych, dopasowanie krzywych teoretycznych do punktów doświadczalnych, dyskusja błędów.

Literatura

1. Neil W. Ashcroft, N. David Mermin. Fizyka ciała stałego. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1986.
2. C. Kittel. Wstęp do fizyki ciała stałego. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1974.
3. K. W. Szalimowa. Fizyka półprzewodników. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1974.
4. Peter J. Collings, Simple measurement of the band gap in silicon and germanium, Am. J. Phys. 48, 197 (1980).
5. Fred W. Inman and Carl E. Miller, The Measurement of e/k_B in the Introductory Physics Laboratory, Am. J. Phys. 41, 349 (1973).
6. Alejandro R. Goni, Alberto G. Rojo, and E. N. Martinez, A dimerized Kronig–Penney model, Am. J. Phys. 54, 1018 (1986).
7. A. Sconza, G. Torzo, and G. Viola, Experiment on the physics of the PN junction, Am. J. Phys. 62, 66 (1994).
8. A. Wojtowicz, Wyznaczanie stosunku e/k_B oraz przerwy energii wzbronionej w półprzewodnikach