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

69 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

19965. Решение задачи о поле температуры в облучательном устройстве при отсутствии утечек тепла в торцы 39.33 KB
  Поставить и решить вспомогательную задачу Б и закончить рассмотрение задачи о радиальном распределении температуры в облучательном устройстве при отсутствии утечек тепла в торцы. Обосновать необходимость использования метода конечных элементов (МКЭ) для расчета полей температуры в облучаемых образцах. Приступить к постановке задачи расчета поля температуры МКЭ для цилиндрического образца.
19966. Методика представления системы уравнений тепловых балансов в матричной форме 30.08 KB
  Познакомить слушателей с методикой представлением системы уравнений тепловых балансов в матричной форме. Отметить, что это представление основывается на предположениях о малых размерах элементов, геометрии рассматриваемой задачи и возможности использования линейных связей между тепловыми потоками и температурой.
19967. Проблема выбора конструкционных материалов для изделий ядерной энерготехники 21.18 KB
  Познакомить слушателей с проблемой выбора конструкционных материалов для изделий, работающих в поле нейтронного излучения. Обратить особое внимание на пострадиационные технологические операции с изделием (в нашем случаем с облучательным устройством) по его радиационно-безопасном «захоронении».
19968. Причины создания реакторного стенда для исследования свойств ядерного топлива при динамическом воздействии реакторного излучения 27.46 KB
  Рассмотреть причины создания реакторного стенда для исследования свойств ядерного топлива при динамическом воздействии реакторного излучения. Познакомить слушателей с реакторным стендом ИРТ-МИФИ для исследования физико-механических свойств ядерного топлива и комплексом задач решаемых на стенде
19969. Взаимосвязи систем и устройств стенда для исследования физико-механических свойств ядерного топлива 25.89 KB
  Рассмотреть взаимосвязи систем и устройств стенда для исследования физико-механических свойств ядерного топлива, технологические операции с облучательными устройствами и испытуемыми образцами. Представить облучательные устройства в составе стенда, их возможности по исследованию свойств ядерного топлива
19971. Жизнь прекрасна Не потрать ее напрасно Здоровье всему голова русская пословица У кого есть здоровь. 68 KB
  Ход мероприятия Под музыку выходят ведущие 1й ведущий: Здравствуйте дорогие друзья При встрече люди обычно говорят это хорошее доброе слово. 2й ведущий: Здравствуйте Поклонившись мы друг другу сказали Хотя были совсем не знакомы. Отчего же на капельку солнца прибавилось в мире Отчего же на капельку счастья прибавилось в мире...
19972. . Догнал не значит победил неизвестный автор Спорт становится средством воспитания тогда когда он любим 4.5 MB
  1й ведущий: Курение это втягивание в себя тлеющих растительных продуктов. 2й ведущий: Вызывает особую тревогу то что слабый пол тоже не прочь покурить. Кто же нам теперь поможет Чтобы стать здоровым вновь Чтоб вдыхать нам полной грудью Свежий чистый кислород Чтобы газом ядовитым Не давать нам больше вход 1й ведущий: Табачные компании чтобы найти сбыт своей продукции и получить прибыль пытаются...
19973. Здоровая Россия Сильная Россия Митинг может проходить как на улице так и в зале. 12.6 KB
  Оратор: Ну что Будущее вы готовы Все: Да Оратор: Все знают куда пришли Все: Да Оратор: Нам нужно здоровое общество Все: Да Оратор: Вы хотите жить в счастливом будущем Все: Да Оратор: Вы хотите быть сильными духом людьми Все: Да Оратор: Вы хотите сохранить здоровье своих близких Все: Да Оратор: Я не слышу. Да или нет Все: Да Оратор: А вы любите своих родителей Все: Да Оратор: А свой дом Все: Да Оратор: Вы знаете цену будущему Все: Да Оратор: А цену здоровому миру Все: Да Оратор: Жизнь...