Пму ұс н 18. 2/05 Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі

Жұмысты орындау тәртібі

1. 
   Өлшеуіштік құрылғының сымын желіге қосыңыз жәәне өлшеуіштік құрылғының артқы панелінде орналасқан СЕТЬ деген сөзі бр батырманы қосыңыз (осы кезде В, мА, пФ индикаторлар нольді көрсетіп тұру керек және ВАС және ТҮЗУ индикаторлары жанып тұру керек (индикация төменгі екінші разрядты мәнге дейін жүргізілуі керек )).
   
2. 
   5мин қыздырылсын.
   
3. 
   ФПК06М.01.00.00.00. өлшеуіштік құрылғыны пайдаланған кезде үлгі қосқыштары арқылы сипаттамалары зерттелетін диодтың (p-n ауысу) үлгісін таңдап алыңыз.
   
4. 
   «+» және «-» басқыштары арқылы p-n ауысудағы кернеудің мүмкін болатын мәндерін орнатыңызы және осымен қатар ауысу арқылы өтетін тура токтың мәндерін В, мА, пФ индикаторларынан алу керек, ВАС тура тармағын салуға керек болатын мәндерді дайындаңыз. Өлшеулердің соңында СБРОС батырмасын басыңыз. Алынған мәндерді 1 кестеге енгізіңіз. Ескерту: токтың мәні 50мА-ге жеткенде өлшеулерді жүргізуді тоқтаңыз, өйткені осы мәнде p-n ауысудың қорек көзі шектеулі токтың режиміне көшеді.
   
5. 
   ВАС кері тармағын салу үшін қажет болатын мәндерді дайындау режимі қосылуы үшін ПРЯМАЯ-ОБРАТНАЯ батырмасын басыңыз. Осы кезде ПРЯМАЯ индикаторы сөніп, ОБРАТНАЯ индикаторы жануы керек.
   
6. 
   «+» және «-» басқыштары арқылы p-n ауысудағы кернеудің мүмкін болатын мәндерін орнатыңыз және осымен қатар ауысу арқылы өтетін кері токтың мәндерін В, мА, пФ индикаторларынан алу керек, ВАС кері тармағын салуға керек болатын мәндерді дайындаңыз. Өлшеулердің соңында СБРОС батырмасын басыңыз. Алынған мәндерді 2 кестеге енгізіңіз. Ескерту: кернеудің мәні 30В-қа жеткенде өлшеулерді жүргізуді тоқтаңыз, өйткені осы мәнде p-n ауысудың қорек көзі шектеулі кернеудің режиміне көшеді.
   
7. 
   ВФС салуға қажет болатын мәндерін дайындау режимін қосу үшін ВАС-ВФС батырмасын басыңыз.
   
8. 
   «+» және «-» басқыштары арқылы p-n ауысудағы кернеудің мүмкін болатын мәндерін орнатыңыз және осымен қатар ауысудың сыйымдылық мәндерін мА, мкА, пФ индикаторларынан алу керек, ВФС салуға керек болатын мәндерді дайындаңыз. Өлшеулердің соңында СБРОС батырмасын басыңыз. Алынған мәндерді 3 кестеге енгізіңіз.
   
9. 
   ВАС тура тармағын салуға қажет болатын мәндерді дайындау режимі үшін ВАС-ВФС батырмасын басыңыз. Осы кезде ВАХ және ПРЯМАЯ индикаторлары жану керек.
   
10. 
    Екінші зерттеу объектісін өлшеуіштік құрылғыға қосыңыз (ФПК06М.01.00.00.00. зерттеу объектісі қолданылатын болса, оның алдыңғы қабырғасында орналасқан үлгіні қосатын қосқыш арқылы сипаттамасы зерттелетін диодтың келесі үлгісін таңдаңыз).
    
11. 
    4-9 пунктерін екінші үлгінің сипаттамасын салуға қажет болатын мәндерді алу үшін қайталау.
    
12. 
    Үшінші зерттеу объектісін өлшеуіштік құрылғыға қосыңыз (ФПК06М.01.00.00.00. зерттеу объектісі қолданылатын болса, оның алдыңғы қабырғасында орналасқан үлгіні қосатын қосқыш арқылы сипаттамасы зерттелетін диодтың келесі үлгісін таңдаңыз).
    
13. 
    4-9 пунктерін үшінші үлгінің сипаттамасын салуға қажет болатын мәндерді алу үшін қайталау.
    
14. 
    Диодтың тура және кері жұмыс істеу режимдері үшін ВАС және ВФС I,C(U) бір координаттық жүйеде, өлшем бірліктерін көрсете отырып салыңыз.
    
15. 
    Жұмысты аяқтаған соң СЕТЬ сөзі батырма арқылы қорек көзінен айырыңыз.
    
16. 
    Алынған мәндер бойынша зерттелетін p-n ауысудың сипаттамаларын салыңыз.
    

2-кесте

1. 
   Когда возникает запирающий контактный слой при контакте металла с полупроводником n-типа? с полупроводником p-типа? Объясните механизм его образования.
   
2. 
   Как объяснить одностороннюю проводимость p-n-перехода?
   
3. 
   Какова вольт-амперная характеристика p-n-перехода? Объясните возникновение прямого и обратного тока.
   
4. 
   Поясните физические процессы, происходящие в p – n переходе.
   

№ 4 Зертханалық жұмыс

Жартылай өткізгіштер туралы мәліметтер.

Меншікті кедергісі қалыпты температурада өткізгіштерге қарағанда жоғары, ал диэлектриктерге қарағанда аз электрондық электрөткізгіштті заттар жартылай өткізгіштерге жатады.

Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі сыртқы энергетикалық әсерлерге, сонымен қатар әртүрлі қоспаларға, кейде дененің өзінде аз да болса да, кездесетін меншікті жартылай өткізгіштің болуына байланысты.

Жартылай өткізгіштерде электрондық (п) және кемтіктік (р) екі типтің болуы р-п ауысуы бар жартылай өткізгішті заттарды алуға үмкіндік береді.

Көптеген жартылай өткізгішті аспаптар үшін қоспалы жартылай өткізгіштер пайдаланылады. Сондықтан тәжірибеде мүмкін болатын жоғары температурада меншікті заряд тасымалдаушылардың концентрациясын байқауға болатын жартылай өткізгішті материалдар, тыйым салу аймағы жеткілікті кең болатын жартылай өткізгіштердің мәні зор. Температураның жұмыстық режимінде еркін заряд тасымалдаушылар қоспалар болып табылады. Қарапайым жартылай өткізгіштерде қоспа ретінде бейтаныс атомдар болады. Сонымен бірге қоспа қызметін кристалдық торлардың мүмкін болатын дефектілері; бос түйіндер, атомдар немесе иондар, дислокациялар немесе ығысулар атқара алады. Егер қоспа атомдары кристалдық тордың түйінінде орналасқан болса, алмастыру қоспалары, егер түйіндердің арасында орналасқан болса – енгізу қоспалары деп аталады.

Жартылай өткізгіштің валенттік зонасынан электронды қармап алатын қоспалар акцепторлар деп аталады.

Затқа бір уақытта электрлік және магниттік өрістердің әсер етуі кезінде пайда болатын физикалық құбылыс гальваномагниттік деп аталады. Гальваномагниттік құбылыс электрондық өткізгіштігі бар электрондық жартылай өткізгіштерде, металдарда, жартылай өткізгіштерде, диэектриктерде байқалады. Ионды жартылай өткізгіштерде гальваномагниттік құбылыс пайда болмайды.

Гальваномагниттік құбылыстарды бір түрі – Холл эффектісі. Оның мағынасы мынада: токтың бағытына перпендикуляр магнит өрісінің әсерінен үлгіге көлденең ток пен магнит өрісіне перпендикуляр бағытта қандай да бір потенциалдар айырымы пайда болады, яғни Холл ЭҚК. Жпртылай өткізгіштердің электр өткізгіштігінің екі типі де нақты физикалық құбылыс болып табылады, бұған тәжірибелердің көмегімен көз жеткізуге болады. Көлденең Холл ЭҚК таңбасының өзгеруіне байланысты зерттелетін жартылай өткізгіштің электр өткізгіштігінің типін (p немесе n) анықтау әдісінің мағынасы 1а-суретте түсіндіріледі. Егер жартылай өткізгіштен жасалынған пластинаны Н сыртқы магнит өрісіне орналастырып, оның ұзындығының бағытында Е электр өрісін тудыратын потенциалдар айырымын беретін болсақ, онда қозғалатын заряд тасушылардың пластинканың бір жақ бетіне ығысуы нәтижесінде көлденең ЭҚК пайда болады. Оны вольтметрдің өмегімен өлшейді. Зарядтардың ығысу бағыты токтың техникалық бағытына жататын «сол қол» ережесі бойынша анықтауға болады. 1а-суретінен электр өткізгіштіктің типі өзгерген кезде вольтметрдің тілшесінің бағыты да өзгеретіндігі көрінеді. Басқа әдіс: 1-суретте көрсетілгендей зерттелетін жартылай өткізгіштің бір ұшының қыздырылуы. Осы кезде егер p-типті жартылай өткізгіш зерттелетін болса, қыздырылған ұшында жылулық энергияның шығындалуына байланысты электрондардың көп бөлігі толтырылған зонадан қоспаның акцепторлық деңгейлеріне лақтырылады. Ыстық ұшынан суық ұшына қарай кемтіктердің диффузиясы басталады, және ол суық ұшымен салыстырғанда теріс зарядталған болады.

n-типті жартылай өткізгішті зерттеген кезде қыздырылған ұшында жылулық энергияның шығындалуына байланысты электрондар суық ұшына қарағанда көбірек босай бастайды да, олардың еркін күйде аз болатын суық ұшына қарай диффузиясы басталады.Электрондардың кетуіне байланысты ыстық ұшы оң, ал суық жағы – теріс зарядталады.

Заряд тасушылардың концентрациясы мен олардың қозғалғыштығы жартылай өткізгіштің сипаттамалық параметрлері болып табылады. Жартылай өткізгіштің меншікті өткізгіштігін өлшеу осы параметрлердің көбейтіндісін ғана анықтауға мүмкіндік береді. Оларды бөлу үшін Холл эфектісін пайдалануға болады. Заряд тасымалдаушылардың көлденең бағытта ығысуы Лоренц күші ығысқан зарядтардың көлденең электр өрісінің пайда болған күшімен теңгерілгенде тоқтатылады:

(2) өрнекті пайдалана отырып, мынаны аламыз:

_х көлденең ЭҚК, B магнит индукциясы, I ток және жартылай өткізгішті пластинаның d қалыңдығын өлшеуге болады, бұл Холл коэффициентінің мәнін есептеуге мүмкіндік береді.

Кемтіктік жартылай өткізгіштер үшін таңбасымен ерекшеленетін және р тасушылардың концентрациясынан тұратын осындай өрнекті алу жеңіл. (1) мен (4) теңдеулерді қолдана отырып, концентрацияның және заряд тасымалдаушылардың қозғалғыштығын сандық мәнін табуға болады.

Германий мен кремнийде электрондардың қоғалғыштығы кемтіктердікінен асып түседі. Қоспа концентрациясы көп болатын осы екі материалдан жасалынған р-типті үлгіде төмен температурада Холл коэффициенті оң болады (n₀ ≈ 0 болғанда). Алмастыру күйіне (p₀u_p² = n₀u_n²) дейін температураны жоғарылатқан сайын, Холл коэффициенті де электрондардың қоғалғыштығының жоғары болуына байланысты теріс болады, бірақ кемтіктердің концентрациясы электрондардың концентрациясынан әлі де асып түсуде.

Холл эффектісі жартылай өткізгішті материалдардың сипаттамаларын анықтау әдісінің негізі ретінде ғана қызықты емес, сонымен қатар мысалы магнит өрісінің кернеулігін өлшеу үшін, екі шаманы бір-біріне көбейту үшін және басқа да мақсаттар үшін қолданылатын жартылай өткізгішті аспаптардың жұмыс істеу принципі ретінде де қызықты.

Осы құбылысты пайдаланатын кең көлемді аспаптарды жасауда қолданылады. Осындай аспаптар ретінде тұрақты және магниттік өрістерді өлшегіштер, қуатты өлшегіштер, көбейткіштер алынады.