ВиПЭ Лабораторная№1

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра Промышленной электроники (ПрЭ)
«ИЗМЕРЕНИЕ КОНТАКТНОЙ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ»
ОТЧЕТ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
по дисциплине «Вакуумная и плазменная электроника»
Студенты гр.
«__» ________2022 г.
Принял:
Доцент кафедры ЭП
_______
«__» ________2022 г.
Томск 2022
2
Содержание
Введение .................................................................................................................. 3
Задание на лабораторную работу ....................................................................... 3
2 Основная часть ................................................................................................... 4
Заключение ............................................................................................................. 8
Входной контроль ................................................................................................ 8
Выходной контроль ........................................................................................... 10
3
Введение
Цель работы: Освоение методики измерения внешней контактной
разности потенциалов между двумя проводящими материалами путем
регистрации тока термоэмиссии. Закрепить теоретические сведения о
контактной разности потенциалов и экспериментально доказать характер
влияния внешней контактной разности потенциалов на характеристики и
параметры различных электронных приборов.
Задание на лабораторную работу
3.1. Изучить физику процессов при контакте металл-металл и металлполупроводник;
3.2. Изучить методику измерения КРП;
3.3. Научиться работать с виртуальным лабораторным стендом;
3.4.
Получить
экспериментальную
зависимость
I a  f U a 
для
нескольких значений напряжения накала;
3.5. Построить зависимость ln I a  f U a  ;
3.6. По точке пересечения возрастающей и горизонтальной частей
каждой характеристики определить КРП для каждого значения напряжения
накала;
3.7.
По
угловому
коэффициенту
возрастающей
части
каждой
характеристики ln I a  f U a  определить температуру катода;
3.8. Предполагая оксидный слой невырожденным оценить толщину
запирающего слоя на границе керн – оксид, в случае оксидного катода на
никелевом керне;
3.9. Оценить плотность тока насыщения барьера Шоттки, в случае
оксидного катода для каждого значения температуры катода.
4
2 Основная часть
Исходные данные для расчётов:
Nд  1016 см3 ;
  10 ;
Для никеля  М  4,9 эВ ;
Для оксида  П  1,3эВ ;
U  0;
  7 103 Ом1  см1 ;
Деление амперметра – 2 мкА;
Деление вольтметра – 0,2 В.
Полученные экспериментально значения для нескольких напряжений
накала занесли в таблицу 1.
Таблица 1 – Экспериментальные данные
При Uн = 1 В
Uа, В
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Iа, мкА
4
7,4
12
16
18
При Uн = 3 В
Uа, В
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Iа, мкА
16
20
36
44
46
При Uн = 5 В
Uа, В
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Iа, мкА
20
40
56
76
80
При Uн = 7 В
Uа, В
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Iа, мкА
28
52
80
102
106
При Uн = 9 В
Uа, В
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Iа, мкА
36
68
94
132
140
5
Используя значения, приведённые в таблице 1 построили график
экспериментальной зависимости.
160
Iа, мкА
140
120
Uн = 1 В
100
Uн = 3 В
80
Uн = 5 В
60
Uн = 7 В
40
Uн = 9 В
20
Uа, В
0
0
0,5
1
1,5
Рисунок 2.1 – График зависимости I a  f U a  при различных
значениях напряжения накала.
6
ln Iа
5
Uн = 1 В
4
Uн = 3 В
3
Uн = 5 В
Uн = 7 В
2
Uн = 9 В
1
Uа, В
0
0
0,5
1
1,5
Рисунок 2.2 – График зависимости ln I a  f U a  при различных
значениях напряжения накала.
6
Таблица 2 – Результаты измерений
КРП, В
Uн = 1 В
Uн = 3 В
Uн = 5 В
Uн = 7 В
Uн = 9 В
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
Исходя из зависимости ln I a  f U a  определим угловой коэффициент
прямой K, который численно равен тангенсу угла между положительным
направлением оси абсцисс и данной прямой линией tg 
y
e
.
 K
x
kT
Таблица 3 – Расчёт углового коэффициента
Uн, В
1
3
5
7
9
y
2,77
3,78
4,33
4,63
4,88
x
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
tg α
3,4625
4,725
5,4125
5,7875
6,1
По формуле T 
e  tg
рассчитаем значения температуры катода для
k
различных значений напряжения накала. Для Uн=1В
1,6  1019 Кл  3,46
T
 3348,5К .
1,38  1023 Дж К
Рассчитав температуру для всех напряжений накала, занесли
результаты в таблицу 4.
Таблица 4 – Значения температуры катода
Uн, В
1
3
5
7
9
Т, К
3348,5
2453,8
2142,1
2003,3
1900,7
Найдём Uk по формуле U k   M   П
U k  4,9эВ  1,3эВ  3,6эВ .
7
Определим
толщину
запирающего
слоя
используя
формулу
1
2
 2 0U k 
d 
 , получим
 eN д 
1
2
 2  10  8,85  10 Ф см  3,6эВ 
5
d 
  6,3  10 см .
19
16
3
1,6  10 Кл  1  10 см


14
1
1
Используя
формулу
 2 N  eU k  eU   2  e 
j   д
  

0

  kT 
рассчитаем
значение плотности тока насыщения барьера Шоттки, для всех значений
температуры катода, для Т=3348,5К
1
 2  1  1016 см3 1,6 1019 Кл   3,6 В  1В    2


1,6 1019 Кл
2
j  7  103 Ом1  см1 
  exp  
  25 А см
14
1
23
10

8,85

10
Ф
см
1,38

10
Дж
К

3348,5
К




Полученные значения для каждой температуры занесли в таблицу 5.
Таблица 5 – Плотности тока насыщения
Т, К
3348,5
2453,8
2142,1
2003,3
1900,7
j, А/см2
25,038
7,0845
3,5623
2,4483
1,7913
8
Заключение
В ходе работы была получена зависимость I a  f U a  , построен график
(рисунок 2.1). По результатам измерения выявили, что контактная разность
потенциалов при всех значениях напряжения накала остаётся неизменной.
Результаты расчётов требуемых величин по данным эксперимента
представлены в таблицах 3, 4, 5.
Входной контроль
9
10
Выходной контроль
11
12
13