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

61 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

38895. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ДИПЛОМНЫХ РАБОТ 469 KB
  Присяжнюк В методических рекомендациях раскрываются цели и задачи дипломной работы определяются обязанности студентов и научных руководителей определяется порядок ее выполнения описываются требования к содержанию и оформлению. Методические указания предназначены в помощь студентам специальности при выполнении дипломной работы а также преподавателям техникума. Цели и задачи выпускной квалификационной дипломной работы. Требования к структуре и содержанию выпускной квалификационной дипломной работы.
38897. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ ОТРАСЛИ КОРМОПРОИЗВОДСТВА В СПК «КАТП «ДЖАНКОЙ» ДЖАНКОЙСКОГО РАЙОНА АР КРЫМ 350.5 KB
  Одной из основных проблем животноводства остается производство кормов. При этом их продуктивность снизилась: надой на 1 фуражную корову упал с 3720 до 2847 кг молока то есть его производство уменьшилось более чем в 38 раза Для поднятия животноводства хозяйства необходимо совершенствовать систему кормопроизводства СПК КАТП Джанкой обратив внимание на поиск путей удешевления кормов так как именно их высокая себестоимость делает очень дорогой продукцию животноводства хозяйства и в конечном счете убыточной. Одной из основных причин...
38898. Освещение ЛГБТ-проблематики в современном Рунете 355 KB
  ДИПЛОМНАЯ РАБОТА на тему Освещение ЛГБТ проблематики в современном Рунете. ЛГБТ проблематика как одно из тематических направлений современных СМИ. Актуальность ЛГБТ проблематике в современном социуме 1. Правовые и профессионально-этические проблемы в освещении ЛГБТ проблематики.
38899. Специфика работы с ЛГБТ-проблематикой в рунете 334.5 KB
  Журналистика ДИПЛОМНАЯ РАБОТА на тему Специфика работы с ЛГБТпроблематикой в рунете. ЛГБТпроблематика как одно из тематических направлений современных СМИ. Обоснованность обращения к ЛГБТпроблематике в журналистском и публицистическом научном дискурсе. Правовая и профессиональноэтическая проблемы освещения ЛГБТпроблематики в СМИ.
38900. Міжпроцесна взаємодія в локальній обчислювальній мережі 364 KB
  Переваги використання локальних обчислювальної мережі. Визначення локальної обчислювальної мережі5 1. Модульна структура локальної мережі. Протокол Internet забезпечує при необхідності також фрагментацію і збір датаграм для передачі даних через мережі з малим розміром пакетів.
38901. УРОКИ-ЭКСКУРСИИ ПО МАТЕМАТИКЕ КАК СРЕДСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ПОЗНАВАТЕЛЬНОГО ИНТЕРЕСА МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ 560 KB
  Информатика УРОКИ-ЭКСКУРСИИ ПО МАТЕМАТИКЕ КАК СРЕДСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ПОЗНАВАТЕЛЬНОГО ИНТЕРЕСА МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА Студент Пахтаев Александр Остапович гр. Теоретические основы формирования познавательного интереса младших школьников 1. Особенности познавательного интереса младших школьников 10 1. Роль и значение нестандартных уроков по математике в формировании познавательного интереса младших школьников 25 1.
38902. ПОНЯТТЯ, ВИДИ І ЗНАЧЕННЯ НАСЛІДКІВ ЗЛОЧИНУ 172 KB
  Правове забезпечення охорони прав і свобод людини і громадянина, власності, громадського порядку та громадської безпеки, довкілля, конституційного устрою України від злочинних посягань, забезпечення миру і безпеки людства, а також запобігання злочинам
38903. Исследование законов движения тел по наклонной плоскости 346.5 KB
  Цель работы: проверка законов сохранения энергии для поступательного и вращательного движения тел по наклонной плоскости с учетом силы трения.1 Сила трения Силы трения появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относительно друга. Трение возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел называется внешним; трение между частями одного и того же сплошного тела например жидкости или газа носит название внутреннего трения. Сила и есть сила трения покоя.