14324

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ОПОРУ НАПІВПРОВІДНИКІВ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ

Лабораторная работа

Физика

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 9 ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ОПОРУ НАПІВПРОВІДНИКІВ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ Мета роботи: Дослідним шляхом встановити закон зміни опору напівпровідника при його нагріванні визначити ширину забороненої зони і концентрацію зарядів у напівпровідник

Украинкский

2013-06-03

107.5 KB

55 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 9

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ОПОРУ НАПІВПРОВІДНИКІВ ВІД  ТЕМПЕРАТУРИ

Мета роботи:

Дослідним шляхом встановити закон зміни опору напівпровідника при його нагріванні визначити ширину забороненої зони і концентрацію зарядів у напівпровіднику при різній температурі.

Прилади та матеріали: 

Експериментальна  установка, яка   має   досліджуваний  термоопір, термостат   з нагрівачем   і   стабілізатор   струму.   Джерело   постійної  напруги(U=16В).    Міліамперметр    постійного струму    (Імах=200мА). Цифровий вольтметр або мультіметр для вимірювання постійної напруги

(Umax=20B).

Короткі теоретичні відомості:

Напівпровідники - це речовини, які за своєю електропровідністю, мають проміжне місце між провідниками першого роду і діелектриками. На відміну від металів вони мають від'ємний температурний коефіцієнт опору (в певних температурних інтервалах).

Основною відмінністю напівпровідників від металів є значна залежність їх провідності  (опору) від зовнішніх факторів (освітленість, механічні деформації, опромінення рентгенівськими та радіоактивними променями, дія магнітного поля тощо). На величину електропровідності напівпровідників суттєво впливає наявність домішок. Величина питомого опору напівпровідників лежить в межах від   10 -5 до 10 -8  Ом-м.

До напівпровідників належать деякі хімічні елементи (кремній, германій, селен, бор, телур ), а також окиси ( CuO ), сульфіди (CdS, PbS, ZnS), телуриди ( HgTe, CdTe ), фосфіди (GaP, InP, ZnP2 ) тощо.

Існують напівпровідники із електронною та дірковою провідністю. У напівпровідниковій техніці використовуються напівпровідники, в яких носіями, заряду є електрони хімічного зв'язку ( вірніше їх відсутність вони мають р-тип провідності і електрони провідності (n-типу ).

Приклади, дія яких ґрунтується на значній залежності опору напівпровідників    від     температури,     називаються термісторами  або термоопорами.

Термістори - об'ємні опори, що виготовляють з напівпровідникових матеріалів. Вони мають від'ємний коефіцієнт опору, який у багато разів перевищує температурний коефіцієнт опору металів. Термістори можуть бути найрізноманітніших розмірів і форми, а також мають різні термічні та електричні властивості, високу механічну міцність.

Залежність опору напівпровідників від температури у значних інтервалах описується виразом:

,     (1)

де: А - константа, К - стала Больцмана, Е - енергія активації (висота енергетичного бар'єру ). Під енергією активації розуміють енергію, яку необхідно затратити, щоб перевести електрон із зв'язаного стану у вільний.

Зменшення опору з ростом температури пояснюється тим, що при збільшені температури збільшується число носіїв заряду, тобто збільшується концентрація вільних електронів. Графік залежності опору напівпровідників від температури в координатах Ln R = f(1/T) являє собою пряму лінію, тангенс нахилу якої до осі 1/Т (вісь Ох ) дорівнює:

 (2)

Звідси енергія активації визначається як Е = 2k tgφ (3)

Концентрація електронів в зоні провідності напівпровідника змінюється від температури по експотенціальному закону

, (4)

де n-концентрація електронів провідності при температурі Т,

nо-концентрація електронів провідності при Т→∞

k = І,38 • 10 -23 дж/k- постійна Больцмана

ΔЕ- ширина забороненої зони

Так   як   електропровідність   пропорційна   концентрації   електронів провідності, то залежність питомої електропровідності γо напівпровідників від температури виражається формулою

 (5)

де γо - питома електропровідність при Т→∞

Опір напівпровідника з підвищенням температури зменшується по закону

(6)

де Rо-oпіp при Т→∞

Цю залежність можна використовувати для визначення ширини зони напівпровідника  ΔЕ.

Прологарифмувати цей вираз по основі е, отримаємо

Ln R = Ln Ro + E/2kT      (7) 

Виразимо k  в електрон-вольтах     (1еВ =1,6 • 10 -19 дж) 

K=0,86•10-4еВ/К

Знайдемо значення 1/2k;  1/2k=5,8•10-3К/еВ і підставимо його в (4);

(8)

Якщо побудувати графік залежності  Ln R = f(5,8·10 3 / T), то він буде представляти собою пряму лінію. Тангенс кута нахилу якої до вісі абсцис рівний ширині зображеної зони ΔЕ, вираженою в електрон-вольтах:

Схема експериментальної установки

Германієвий напівпровідник ВК поміщений в термостат з нагрівачем ЕК, який підключається до джерела живлення вимикачем SА1.

Величина струму в колі ВК піддержується незмінним стабілізатором при зміні опору ВК, визваних його нагріванням, стабілізатор струму складається із стабілізатора VD), транзистора VТ, транзисторів R1 і R2.

Для підключення цифрового вольтметра є клеми.

Порядок виконання роботяг:

1). Підключити до експериментальної  установки  (мал.2)   цифровий вольтметр (Umах=20В).

2) Увімкнути живлення тумблером SA1: Значення початкової температури і напруги на термоопорі ВК занести до таб.1.

Сила струму у колі постійна І = 16·10-3 мА.

Таблиця №1

t, оС

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

U1, В

U2, В

Uср.  В

R, Ом

3)Визначити і занести до таб.1 значення падіння напруги U1 і U2 на термоопорі при зміні температури через кожні 5 °С. Провести виміри U як при нагріванні термоопору (U1), так і при його охолодженні (U2).

Обробка результатів:

1. По даним таб.1   визначити  середнє значення  падіння  напруги  Uср = (U1 + U2)/2 на термопарі і його опір   R = Uср / I для всіх значень температури.

Результати занести до таб. 1.

2. Визначити значення   5,8·103 / Т і Ln R для   всіх температур. Результати занести до табл. 2.

Таблиця № 2

Т,k

LnR

По даним   табл.2  побудувати  графік залежності  Ln R = f(5.8·10-3 / T)

3. Враховуючи відношення, визначити концентрацію електронів провідності при температурі 700 С із формули:     R1 / R2 = n1 / n2  , де

n1 =2,4·10 23   м -3  - концентрація електронів провідності при температурі Т1 = 300 К,

n2 - при, температурі Т2 = 343 К (70° С), значення R1 і R2 взяти з таб. 1.

4. Знайти відносну і абсолютну похибку концентрації електронів n 2, враховуючи, що відносна похибка концентрації n1, складає 10%.

Контрольні питання

  1.  Які речовини належать до напівпровідників ?

Як пояснити електричні властивості напівпровідників?

  1.  Які типи провідності є у напівпровідниках ?
  2.  Як впливають домішки на електропровідність напівпровідників ?
  3.  Як виникає діркова та  електрона домішкова  провідність напівпровідників ?
  4.  Що є найбільш характерним для провідності напівпровідників?
  5.  Що називається енергією, активації ?
  6.  Що таке терморезистори і яке їх застосування ?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23318. Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа 2.72 MB
  Определять параметры сигнала помощью осциллографа. Техническое описание осциллографа С165. Изучить повторить Теоретический материал об измерении параметров электрических сигналов с помощью осциллографа. Ознакомиться с устройством и особенностями осциллографа С165.
23319. СОСТАВ НЕЙТРОННОЙ ДОЗЫ В ВЕЩЕСТВЕ И ФАКТОР НАКОПЛЕНИЯЯ НЕЙТРОНОВ 144.5 KB
  Широко применяемые в реакторной технике активационные детекторы вносят минимальные возмущения в измеряемую величину плотности потока нейтронов и поэтому обладают наибольшей точностью по сравнению с другими методами. В частности последнее имеет важное значение при определении как общей так и парциальной дозы нейтронов в веществе. Целью работы является освоение основ методики экспериментального определения плотностей потоков быстрых резонансных и тепловых нейтронов с помощью индиевых детекторовфольг в водородсодержащей среде парафин и...
23320. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЙТРОННОЙ ЗАЩИТЫ РЕАКТОРА 134 KB
  От состава материалов защиты зависит также и разбиение спектра нейтронов на энергетические группы при расчётах. Чем тяжелее защита когда в ней преобладают тяжёлые материалы тем она более материалоёмка тем на большее число групп нейтронов разбивается спектр и сложнее расчёты. Целью работы является расчёт поглощения нейтронов по программе NEUTRON2 и исследование распределений быстрых и тепловых нейтронов по глубине однородных поглотителей из различных материалов. Рассматривается прохождение через защиту быстрых нейтронов источники...
23321. Коэффициент ослабления - квантов в свинце и алюминии 361.5 KB
  ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ ЯВЛЯЕТСЯ измерение линейного коэффициента поглощения гаммаквантов в различных поглотителях оценка энергии гамма излучения источника и определения вклада каждого эффекта в процесс поглощения. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Расчет защиты от ионизирующих излучений в частности гаммаквантов основывается на физике взаимодействия излучения с веществом. Практическое значение при изучении ослабления потока гаммаквантов в веществе имеют только три вида взаимодействия: а фотоэффект на одном из связанных электронов атома...
23322. Защита от быстрых нейтронов 209 KB
  ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ является исследование железоводной защиты от быстрых нейтронов и измерение величины сечения выведения для железного поглотителя. ОСНОВНЫЕ ТОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ При проектировании защиты от нейтронного излучения необходимо что процесс захвата и поглощения эффективен для тепловых медленных и резонансных нейтронов благодаря большому десятки сотни барн сечению их взаимодействия с веществом см. Энергетический спектр нейтронов деления ядра тепловыми нейтронами.
23323. Установка отношений между базами данных 86 KB
  Лабораторная работа №4: Установка отношений между базами данных По дисциплине: Базы данных. Цели работы: освоить технологию установки отношений между 2–3мя базами данных; выполнить просмотр связанных баз данных. Задание: Проверьте проект базы данных на предмет проектирования связей ключи первичные вторичные. В проекте базы данных предметной области выделите 2–3 связанные таблицы родственные таблицы.
23324. Поиск информации в базах данных. Установка фильтров 88.5 KB
  Лабораторная работа №5: Поиск информации в базах данных. Установка фильтров По дисциплине: Базы данных. Цели работы: освоить технологию поиска данных в базах данных в среде FoxPro Seek Find Locate; научиться составлять выражения логического типа для поиска; научиться фильтровать данные в базах данных set filter с помощью простого и индексного фильтра; ознакомиться с синтаксисом генерируемых команд. Задание: Составьте не менее 10 логических выражений для поиска данных в базе данных.
23325. Обработка запросов 95.5 KB
  Отчет по работе: Исходные базы данных: Простые запросы для одной базы данных: SELECT Table1.зарплата Table1.фамилия; FROM db6table1; WHERE Table1.зарплата 20000; SELECT Table1.
23326. Создание отчетов 143 KB
  Лабораторная работа №7: Создание отчетов По дисциплине: Базы данных. Цели работы: научиться быстро составлять отчет на основе стандартного; освоить технику разработки отчетов вывода отчетов на экран в файл; изучить все особенности работы в диалоговых окнах генерации отчетов; составить отчеты по теме самостоятельного проектирования. Отчет по работе: Контрольные вопросы: Объяснить структуру выполненных отчетов. Назначение инструментов для конструирования отчетов.