50223

Визначення ширини забороненої зони напівпровідників з температурної залежності їх провідності

Лабораторная работа

Физика

Цю залежність можна подати так: 1 де питома провідність власного напівпровідника при ; ширина забороненої зони напівпровідника; стала Больцмана. Тому ширину забороненої зони власного напівпровідника можна визначити із співвідношення:...

Украинкский

2014-01-18

219.5 KB

12 чел.


Лабораторна робота № 30

Визначення ширини забороненої зони напівпровідників з температурної залежності їх провідності

Мета роботи

Оволодіти методикою визначення ширини забороненої зони напівпровідників з температурної залежності їх провідності

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати особливості зонної структури металів, діелектриків та напівпровідників (§6.1), механізми власної і домішкової провідностей напівпровідників (§6.2, §6.3)

Прилади і обладнання

Зразок власного напівпровідника з електричними контактами, цифровий мілівольтметр, цифровий прилад для вимірювання опору, автотрансформатор, резистивний нагрівник, термопара

Теоретичні відомості та опис установки

Як відомо, для власних напівпровідників залежність питомої провідності  від температури  описується виразом  (6.3) (див. §6.2). Цю залежність можна подати так:

                                                       ,                                                                  (1)

де   питома провідність власного напівпровідника при ;   ширина забороненої зони напівпровідника;   стала Больцмана.

Формула (1) описує пряму  (рис.1), тангенс кута нахилу якої до осі абсцис дорівнює: . Тому ширину  забороненої зони власного напівпровідника можна визначити із співвідношення:

                                               ,                                                           (2)

де  ,  – значення ординати прямої  у відповідних точках  і  її абсциси (рис.1).

В даній лабораторній роботі використовується лабораторна установка, яка схематично наведена на рис.2.

Рис . 2

Напівпровідниковий зразок 1 розміщений всередині нагрівного елемента 3. Живлення нагрівного елемента здійснюється від автотрансформатора 4, увімкненого в мережу 220 В. Напруга на нагрівнику контролюється вольтметром 7. Для вимірювання температури використовується термопара 2 хромель–копель, яка підєднана до мілівольтметра 5. Опір досліджуваного зразка вимірюється за допомогою цифрового приладу 6 для вимірювання опору.

Досліджуваний зразок має форму паралелепіпеда довжиною L =3 мм та площею поперечного перерізу S =0,1 мм2. Питому провідність  зразка розраховують за даними вимірювання його опору  та відомими значеннями довжини зразка і площі його поперечного перерізу, використовуючи формулу

.                         (3)

Опором переходу метал-напівпровідник нехтуємо.

Послідовність виконання роботи

  1.  Увімкнути цифровий мілівольтметр 5 та прилад 6 для вимірювання опору в мережу 220 В.
  2.  Регулятор вихідної напруги на автотрансформаторі 4 встановити в положення "І". Увімкнути автотрансформатор в мережу 220 В. Через кожні ~10 хв послідовно переміщати регулятор напруги в положення 2, 3, 4,…8.
  3.  Проводити вимірювання опору досліджуваного зразка при різних значеннях температури через кожні 0,2 мВ за показами мілівольтметра. Нагрівання здійснювати до температури, яка вказана на робочому місці.
  4.  Користуючись графіком градуювання термопари визначати температуру досліджуваного зразка напівпровідника.
  5.  Встановити регулятор вихідної напруги на автотрансформаторі в положення 0.
  6.  Вимкнути автотрансформатор і прилади з мережі 220 В.
  7.  За отриманими значеннями опору напівпровідникового зразка розрахувати величину його питомої провідності  і  для різних температур, використовуючи співвідношення (3).

Таблиця 1

№ п/п

ЕТ, мВ

t, 0C

T, K

1/T, K-1

R, Ом

σ, Ом-1 ·м-1

ln σ

ΔE, еВ

1

0,2

2

0,4

...

15

3,0

  1.  Побудувати графік залежності . Вибрати на графіку ділянку, де найбільше проявляється пряма лінія, і для довільно вибраних значень  і  знайти відповідні значення  та .
  2.  Обчислити ширину  забороненої зони досліджуваного напівпровідника за формулою (2).
  3.  Проаналізувати отримані результати та зробити висновки.

Контрольні запитання

  1.  Поясніть як утворюються енергетичні зони в кристалах?
  2.  Як розуміти терміни “валентна зона”, “зона провідності”, “заборонена зона” з точки зору зонної теорії?
  3.  Які речовини називаються провідниками, діелектриками і напівпровідниками?
  4.  Який напівпровідник називається “власним”? “Домішковим”?
  5.  Чим зумовлена провідність власного і домішкового напівпровідників?
  6.  Чим пояснюється зміна концентрації вільних носіїв заряду у власних напівпровідниках від температури?
  7.  В чому полягає суть методики визначення ширини  забороненої зони напівпровідників з температурної залежності їх провідності?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64782. ТЕОРЕТИЧНІ ЗАСАДИ ФОРМУВАННЯ ФІНАНСОВОГО МЕХАНІЗМУ РЕСТРУКТУРИЗАЦІЇ ПІДПРИЄМСТВ ХАРЧОВОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ 229 KB
  Процеси реорганізаційних дій зокрема і фінансової реструктуризації вимагають глибокого наукового обґрунтування. Більшість соціально-економічних індикаторів показують що в Україні реалізовано неефективний варіант реструктуризації який наклав відбиток на процес трансформації власності.
64783. ДОСЛІДНИЦЬКЕ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЇ ОБРОБКИ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ ВИСОКИМ ТИСКОМ І УЛЬТРАЗВУКОМ 213.5 KB
  Світова сучасна практика збереження та поліпшення якості продуктів виробила принципово нову технологію обробки харчових продуктів шляхом використання високого тиску ВТ. У багатьох країнах Західної Європи США Японії розроблені технології обробки продуктів що знайшло відображення в наукових роботах...
64784. ВЕТЕРИНАРНО-САНІТАРНІ ЗАХОДИ ЩОДО ПРОФІЛАКТИКИ БАКТЕРІАЛЬНИХ ХВОРОБ СТРАУСІВ 417.5 KB
  Особливого розвитку набуває досить нова на Україні галузь страусівництво В. Зосередження на обмеженій території різновікових груп страусів неминуче веде до накопичення умовнопатогенної мікрофлори яка згодом стає стаціонарною й обумовлює хвороби бактеріальної етіології...
64785. Концепція влади М.Фуко: політичний вимір 218 KB
  Такий підхід до вивчення політичної влади обмежує її існування інституційним та юридичним вимірами. При цьому представники таких підходів визнають існування інших аспектів у дослідженні політичної влади однак залишають їх розгляд поза увагою як менш важливих.
64786. УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ОДЕРЖАННЯ ТИТАНУ З ЗАДАНИМ ВМІСТОМ КИСНЮ 189 KB
  У сучасних умовах перед підприємствами-виробниками і переробниками титану стоїть завдання зниження вартості титанової продукції шляхом удосконалення технологій одержання й переробки титану а також впровадження нових високоефективних технологій.
64787. КРИМІНАЛЬНЕ ПОКАРАННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ ЙОГО ФУНКЦІЙ 296.5 KB
  Проблеми інституту покарання в умовах розбудови правової держави в Україні привертають до себе увагу не тільки фахівців але й широкого загалу. Перш ніж у людини з’явилася перша іскра уразумения чому і для чого існує покарання вказував...
64788. Підвищення технічного рівня гідроагрегату обертання шляхом удосконалення гідравлічної системи керування 1.17 MB
  Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі завдання: розробити принципову схему гідроагрегату верстата для намотування обмоток електродвигунів; розробити математичну модель робочого процесу гідроагрегату обертання на основі декомпозиції його на складові...
64789. Засоби захисту й реалізації конституційних трудових прав працівників 167 KB
  Основним пріоритетом правової, соціальної, демократичної держави є ефективне забезпечення реалізації й захисту прав та свобод людини і громадянина, а також приведення їх у відповідність з європейськими та світовими стандартами.
64790. Інформаційне забезпечення впровадження освітніх інновацій у систему підвищення кваліфікації педагогічних працівників 199 KB
  Україна спроможна забезпечити якісну освіту своїх громадян завдяки активній участі у глобалізаційних процесах, інкорпорації до інформаційного суспільства, інтеграції в світову спільноту, стабільному науково-технічному прогресу...