STUDIUL CAPACITATII JONCTIUNII P - N

1. Teoria lucrarii

Separarea sarcinilor electrice in zona stratului de baraj determina aparitia unei capacitati electrice a jonctiunii p - n, calculabila dupa relatia condensatorului plan:

        C = e S/xb , (1)

unde e este permitivitatea electrica a materialului semiconductor, S aria jonctiunii, iar xb grosimea stratului de baraj:

         (2)

unde:

La tensiuni inverse (U<0) aplicata jonctiunii p -n abrupte, capacitatea stratului de baraj este:

        Cb = C0b /(1- U/Vb)1/2 . (3)

Pentru alte profile de impurificare a jonctiunii exponentul 1/2 are alte valori (1/3 pentru jonctiunea liniar gradata). Prin masurarea capacitatii de baraj in functie de tensiunea inversa aplicata, cu derivarile corespunzatoare, se obtine direct distributia impuritatilor in zona jontiunii:

         (4)

Pentru tensiuni directe aplicate jonctiunii, pe langa capacitatea barierei apare capacitatea de difuzie, datorata transportului prin difuzie a sarcinilor libere minoritare in zonele neutre sub actiunea campului electric aplicat din exterior. Expresia capacitatii de difuzie este:

        Cd = C0d e qU / (kT) = C0d e qU / Vt (5)

unde Vt = kBT/q este tensiunea electrica termica. Capacitatea electrica a jonctiunii p - n este:

        C = Cb + Cd (6)

La tensiuni inverse capacitatea de difuzie este neglijabila fata de cea de bariera, iar pentru tensiuni directe mai mari decat 3Vt ( 0,1 V ) conteaza doar capacitatea de difuzie.

2. Montajul experimental

Tensiunea continua pe dioda D se aplica prin intermediul potentiometrului P si a rezistentei R = 1 Mohm, ce are rolul de-a bloca tensiunea alternativa de la capacimetru si se masoara cu voltmetrul V. Condensatorul C, blocheaza trecerea curentului continuu catre capacimetru, valoarea mare a capacitatii sale in serie cu capacitatea jonctiunii face ca valoarea masurata pe capacimetru sa fie practic capacitatea jonctiunii .(1/CJ +1/C @ 1/CJ)

3. Modul de lucru

4. Analiza rezultatelor

Se reprezinta grafic capacitatea masurata in functie de tensiunea aplicata. Se reprezinta grafic logaritmul natural al capacitatii in functie de tensiunea aplicata. Din portiunea liniara de la tensiuni directe mari extrapolata la U =0 se determina C0d , fiindca:

lnC = lnCdo + U/Vt         cand U>0

Se reprezimnta grafic 1/C2 in functie de tensiunea aplicata. Din portiunea liniara de la tensiuni inverse se determina Cb0 ( extrapolarea lui 1/C2 la U=0) si potentialul barierei Vb (panta dreptei), fiindca:

1/C2 = 1/C2bo U/(VbCbo2)         cand U<0

5. Rezultate experimentale
 
Nr. crt. U(V) C(nF) lnC 1/C2