Демонстрационный опыт № 14

Зависимость свойств полупроводников от внешних

Воздействий

Оборудование: НПП-2.

Элементы набора НПП-2: панель (держатель пластин и элементов), пластина-изолятор, пластина-проводник, пластина алюминиевая с открытым слоем аморфного селена (ОА), пластина алюминиевая с открытым слоем кристаллического селена (ОК), пластина с закрытым слоем аморфного селена (ЭОА), пластина с закрытым слоем кристаллического селена (ЭОК), пластина с закрытым слоем кристаллического селена с галоидами (ЭОКГ), пластина изоляционная с открытым слоем кристаллического селена с металлическими контактами (ПИ), элемент выпрямительный (диод) серии «А», элемент выпрямительный (диод) серии «Г», провод соединительный, имеющий на концах однополюсные вилки), зажим лабораторный, вилка однополюсная.

Основные свойства полупроводниковых материалов

Опыт 1

Проводимость металлов, изоляторов и полупроводников

Соберите схему по рисунку 1, где P — демонстрационный школьный гальванометр, чувствительный по току, R — реостат ползунковый на 1100 Ом, ограничивающий ток, Д — держатель (панель).

В держатель поочередно закреп­ляют пластины из металла, ди­элек­трика и образец с открытым слоем кристаллического селена с металли­ческими контактами (ПИ) или пла­стину (ЭОК). Включе­ние пластин в электрическую цепь позволяет по по­казаниям галь­вано­метра определить разницу в электропроводности трех различ­ных ма­териалов. Ввиду рез­кого отличия по величине электро­про­водности необходимо регулиро­вать напряжение реостатом.

Опыт 2

Зависимость сопротивления полупроводников от тем­пературы

Пластину изоляционную с открытым слоем кристаллического селена с металлическими контактами (ПИ) закрепляют в держателе и включают в электрическую цепь по схеме изображенной на рисунке 1. Нагревают плас­тину над электрической плиткой или другим источником тепла со стороны противоположной слою селена. При нагревании наблюдают увеличение тока в цепи, что указывает на уменьшение сопротивления полупроводникового материала. Прекращают нагревание и наблюда­ют уменьшение тока в цепи, что указывает на увеличение сопротив­ления полупроводника с понижением температуры. Необходимо обратить внимание учащихся на то, что такое из­менение сопротивления является характерной особенностью полу­проводников.

Имея данные электрической цепи и размеры образца, легко можно вычислить удельное сопротивление полупроводника.

Используя возможности для измерения температуры, опыт мо­жет быть расширен до заданий лабораторного практикума: иссле­дование зависимости электропроводности от температуры и опреде­ление энергии активации.

Опыт 3

Зависимость сопротивления полупроводников от осве­щенности

Зависимость сопротивления полупроводников от осве­щенности демонстрируют по схеме изображенной на рисунке 1 на той же установке, что и в опыте 2. Пластину (ПИ) освещают светом лампы и наблюдают увеличе­ние тока в цепи. Отмечают зависимость сопротивления полупровод­ника от освещённости.

Необходимо учесть, что длительность освещения ведёт к тепло­вому эффекту. Источник света можно включать и выключать, при­ближать и удалять от пластины, перекрывать светонепроницаемой пластиной или различными фильтрами.

Опыт 4

Зависимость сопротивления полупроводников от меха­нических воздействий

Зависимость сопротивления полупроводников от меха­ниче­ских воздействий демонстрируется на установке, электрическая схема которой изображена на рисунке 1. Специальным винтом в дер­жа­теле прогибают пластину (ПИ) и наблюдают изменение тока в цепи. Сопротивление полупровод­ника меняется от степени прогиба пла­стины. Наблюдаемый эффект носит название

тензоэффекта. Пластину можно подвергать механическим воздействиям

и вне держателя (рис. 2).

Опыт 5

Зависимость сопротивления полупроводника от при­месей

Для демонстрации опыта в электрическую цепь по схеме рис. 1 поочерёдно включают образцы кристаллического селена вначале чистого (ЭОК), затем легированного примесями (ЭОКГ).

На опыте убеждаются, что сопротивление чистого полупровод­ника больше, чем примесного.

Обращают внимание учащихся на то, что рассмотренные свойст­ва полупроводников лежат в основе изготовления соответствующих приборов: терморезисторов, тензодатчиков, фоторезисторов, анали­заторов и т. д. Но так как различные материалы по-разному реаги­руют на внешние факторы, то для соответствующих приборов подби­раются материалы с оптимальными характеристиками.

Основные свойства электронно-дырочного перехода.

Основой экспериментальных опытов, определяющих свойства электронно-дырочного перехода, являются селеновые диоды (элемен­ты) размером 100х100 мм.

Опыт 6

Односторонняя проводимость электронно-дырочного пе­рехода

Односторонняя проводимость электронно-дырочного пе­рехода демонстрируется по схеме изображенной на рисунке 3.

Для демонстрации опыта диод закрепляют в держателе и вклю­чают в электрическую цепь с последовательно включённым гальва­нометром и лампочкой накаливания.

На вход цепи подают постоянное напряжение до 10 В и вклю­чают диод в разных направлениях, по показанию гальванометра и свечению лампочки убеждаются, что ток в цепи идёт лишь в одном направлении.

Опыт 7

Прямой и обратный токи диода

Прямой и обратный токи диода следует замерять, поль­зуясь схемой изображенной на рисунке 1. Демонстрационный амперметр должен быть включен в качестве гальванометра, чувствительного по току. Включая диод в прямом и обратном направлениях или меняя полярность подводимого напряжения, фиксируют величину прямого и обратного токов диода. Зная величину подводимого напряжения, прямой и обратный токи, определяют сопротивления в прямом и об­ратном направлениях.

Опыт 8

Зависимость обратного тока диода от внешних факторов

Зависимость обратного тока диода от внешних факторов демонстрируется по схеме изображенной на рисунке 1. На включенный в электрическую цепь и закреплённый в держателе селеновый диод подают обратное напряжение. Отмечают малый ток в цепи (обратный ток диода). За­тем на диод последовательно действуют различными внешними фак­торами: освещают, нагревают, деформируют. Каждый раз отмечают увеличение обратного тока, что объясняется увеличением количества неосновных носителей. Учащимся следует показать, что любая система с одним или бо­лее р-n переходом обладает свойством изменять количество неоснов­ных носителей от внешних факторов возбуждения в той или иной мере.