Sáng kiến “Sử dụng ứng dụng Quizizz nhằm nâng cao chất lượng ôn thi tốt nghiệ...
Báo cáo thực hành vật lý chất rắn bài số 4 khảo sát đường đặc trưng vôn-ampe của điốt bán dẫn 886424
1. BÁO CÁO THỰC HÀNH BÀI 4
KHẢO SÁT ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG VÔN-AMPE CỦA ĐIỐT BÁN DẪN
Nhóm 5 - Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp giảng dạy Vật lí.
1. Lê Văn Thuận
2. Nguyễn Thị Thúy Tình
3. Trần Thị Tuyết
4. Thongphanh Xiayalee
Lớp: Cao học Vật lí K22.
Ngày thực hành: 27/5/2013.
I. Tóm tắt nội dung
1 Lớp chuyển tiếp p-n
*Điện trường ngoài bằng không
Khi cho hai chất bán dẫn loại p và n tiếp xúc với nhau, do có sự chênh lệch nồng
độ hạt tải mà có sự khuếch tán qua lại sang nhau của các điện tử và lỗ trống giữa hai chất bán
dẫn , tạo ra một điện trường chống lại sự khuếch tán của các hạt điện, tức là tạo ra một dòng
điện trôi ngược chiều với dòng điện khuếch tán sao cho dòng điện trung bình tổng hợp triệt tiêu.
Lúc đó, ta có trạng thái cân bằng nhiệt.
* Điện trường ngoài khác không
Trường hợp 1: Phân cực ngược
Điện trường ngoài được đưa vào cùng chiều điện trường trong của lớp chuyển tiếp, làm
tăng hiệu điện thế của lớp chuyển tiếp, cản trởc huyển động của các hạt mang điện cơ bản và
tăng cường chuyển động của hạt mang điện thiểu số. Tạo nên dòng điện ngược rất nhỏ ( vài
chục µA)
= ( − 1)
Trường hợp 2: Phân cực thuận.
2. Điện trường ngoài đặt vào ngược chiều với điện trường trong, làm tăng chuyển động của
các hạt mang điện đa số và ngăn cản chuyển động của các hạt mạng điện thiểu số
= ( − 1)
ớ : dòng bão hòa; V: điện thế ngoài đặt vào
2.Đặc trưng von – ampe của diode
Là một đường cong biểu thị mối quan hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điến thế đặt
vào diode.
II. Kết quả
a. Điều kiện thực hiện phép đo
- Đo dòng thuận : Ampe kế được đặt ở thang đo 200 mA, vôn kế được đặt ở thang 20V.
- Xây dựng đường đặc trưng I-V của điốt ở các nhiệt độ khác nhau.
b. Kết quả thu được qua phép đo
* Ở nhiệt độ t= 32℃
U(mV) 248.9 268.2 287.2 324.1 341.8 359.7 374.1 375.6
I(mA) 0 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
U(mV) 388.3 437.9 451.0 477.1 493.6 513.9 541.1 544.9
I(mA) 0.06 0.20 0.28 0.51 0.74 1.15 2.04 2.22
U(mV) 559.1 561.6 567.9 582.6 599.0 615.0 638.0 672.0
I(mA) 2.99 3.15 3.59 4.92 6.93 9.61 15.49 31.87
* Ở nhiệt độ t= 55℃
4. * Vẽ đường đặc trưng Vôn – Ampe của điôt:
100 200 300 400 500 600 700
-5
0
5
10
15
20
25
30
35 T=32
0
c
I
(mA)
U (mv)
100 200 300 400 500 600 700
-5
0
5
10
15
20
25
30
35 T=32
0
c
I
(mA)
U (mv)
Model ExpDec1
Equation y = A1*exp(-x/t
1) + y0
Reduced Chi-
Sqr
6.93855E-4
Adj. R-Square 0.99998
Value Standard Error
I y0 -0.01851 0.00577
I A1 2.46304E-5 4.14674E-7
I t1 -47.7524 0.05795
Giá trị Io= 2,46.10-5
mA , nhiệt độ t=320
C
200 250 300 350 400 450 500 550 600
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
T=550
c
I
(mA)
U (mv)
200 250 300 350 400 450 500 550 600
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
T=550
c
I
(mA)
U (mv)
Model ExpDec1
Equation y = A1*exp(-x/t1
) + y0
Reduced Chi-S
qr
428.80312
Adj. R-Square 0.88942
Value Standard Error
I y0 -2.32636 4.14724
I A1 2.49076E-25 2.53464E-24
I t1 -9.31918 1.52411
Giá trị Io= 2,46.10-25
mA , nhiệt độ t=550
C
5. 100 200 300 400 500 600 700 800
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
T=680
c
I
(mA)
U (mv)
I
100 200 300 400 500 600 700 800
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
T=680
c
I
(mA)
U (mv)
Model ExpDec1
Equation y = A1*exp(-x/t1
) + y0
Reduced Chi-S
qr
0.20501
Adj. R-Square 0.99994
Value Standard Error
I y0 -0.59961 0.12538
I A1 0.00177 1.25851E-4
I t1 -62.39034 0.36401
Giá trị Io= 0,00177mA , nhiệt độ t=680
C
100 200 300 400 500 600 700 800
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
T=820
c
I
(mA)
U (mv)
100 200 300 400 500 600 700 800
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
T=820
c
I
(mA)
U (mv)
Model ExpDec1
Equation y = A1*exp(-x/t
1) + y0
Reduced Chi-
Sqr
0.20387
Adj. R-Square 0.99994
Value Standard Error
I y0 -0.69616 0.12686
I A1 0.00388 2.17317E-4
I t1 -64.87004 0.31858
Giá trị Io= 0,00388mA , nhiệt độ t=820
C
6. Đồ thị sự phụ thuộc của Io vào t
2,46.10-5 2,46.10-25 0,00177 0,00388
30
40
50
60
70
80
90
t
0
c
mA
c. Những biến cố khách quan và chủ quan xảy ra trong quá trình đo làm ảnh hưởng đến phép đo
- Khách quan: Do dụng cụ thí nghiệm.
- Chủ quan:
+ Do điều chỉnh dụng cụ đo
+ Đọc kết quả đo.
III. Thảo luận kết quả
a. Giải thích nội dung kết quả
- Ở các nhiệt độ 32℃ dòng thuận tăng khi điện áp U tăng.
Ở nhiệt độ 55℃ dòng thuận tăng nhanh hơn
Ở nhiệt độ 68℃ , 82℃, nhiệt độ cao hơn, dòng thuận tăng vọt nhanh hơn với cùng cường
độ tăng U.
- Từ đường đặc trưng I-V, sử dụng phần mềm origin để xác đinh Io ở các nhiệt độ khác
nhau từ đóvẽ đường cong sự phụ thuộc của I0 vào nhiệt độ. Hàm fit ExpDec1 khá phù hợp với
đường đặc trưng I- V của diot.
7. - Ta chỉ đo được dòng thuận, còn dòng ngược do rất nhỏ nên thực tế không đo được dòng
ngược.
b. So sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết
- Đối với dòng thuận, kết quả lí thuyết và thực nghiệm hoàn toàn phù hợp: khi U tăng thì
dòng thuận tăng, nhiệt độ càng cao thì sự tăng của I theo U càng lớn.
Từ đồ thị hàm fit cho thấy đường đặc trưng I- V của diot đo thực nghiệm có dạng hàm:
y = A1*exp(-x/t1) + y0
phù hợp với dạng hàm của đường đặc trưng I- V của diot trong lí thuyết:
= ( − 1)
- Trong thực nghiệm ta không đo được dòng ngược và điện áp đánh thủng. Vì dòng
ngược là rất nhỏ, nên dụng cụ thí nghiệm không đo được.
IV. Trả lời câu hỏi
Câu 1.
- Bán dẫn tinh khiết (bán dẫn thuần) :
Trong bán dẫn tinh khiết, nồng độ lỗ trống bằng nồng độ điện tử, và trong mạng tinh thể
chỉ có một loại nguyên tử.
Hai chất bán dẫn tinh khiết điển hình là Si và Ge có cấu trúc vùng năng lượng như hình
vẽ.Với Eg = 1,12eV và Eg = 0,72 eV, thuộc nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn. Mô hình
cấu trúc mạng tinh thể (1chiều) của chúng có dạng như hình vẽ với bản chất là liên kết ghép đôi
điện tử hóa trị vành ngoài. Ở O0
K chúng là những chất cách điện. Khi được một ngồn năng
lượng ngoài kích thích, xảy ra hiện tượng ion hóa các nguyên tử nú tmạng và sinh ra từng cặp
hạt dẫn tự do : điện tử bứt khỏi liên kết ghép đôi thành hạt tự do và để lại một lien kết bị khuyết(
lỗtrống). Các cặp hạt dẫn tự do này, dưới tác dụng của 1 trường ngoài hay một građien nồng độ
có khả năng dịch chuyển có hướng trong mạng tinh thể tạo nên dòng điện trong chất bán dẫn
tinh khiết
- ChÊt b¸n dÉn lo¹i n:
Lỗ trống là hạt tải điện cơ bản,e là hạt tải điện không cơ bản.