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

13 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

8346. Китайская народная республика 1.97 MB
  Выдвигается в мировые экономические и политические лидеры. Пять принципов мирного сосуществования – в конституции страны. Хунвейбины и Цзаофани громили учебные заведения и университеты. Публичные казни представителей интеллигенции и перевоспитание.
8347. Джентльменский набор костолома или компоненты традиционного обучения боевым искусствам в Китае 217.5 KB
  Джентльменский набор костолома или компоненты традиционного обучения боевым искусствам в Китае. Очень часто можно услышать про разные стили, что в одном только удары, и нет бросков, в другом - нет техники ударов ногами, еще где-то не используют захв...
8348. Экономика Китайской Народной Республики 31 KB
  Экономика Китайской Народной Республики Экономика Китайской Народной Республики - 2-я экономика мира по объёму ВВП (на 2010 год). При оценке ВВП страны необходимо учитывать, что данные за прошлые годы регулярно пересматриваются в сторону пов...
8349. Феодальный Китай под властью цинской монархии 96.45 KB
  Феодальный Китай под властью цинской монархии План. Крестьянская война XVII в. Захватнические войны Цинов. Первая опиумная война. Крестьянская...
8350. Фразеология китайского языка 86 KB
  Классификация фразеологизмов. В соответствии со своими дифференциальными признаками (лексико-семантическими и грамматическими), а также особенностями функционирования или способами существования в речевой цепи, фразеологизмы подразделяют на соответс...
8351. Маньчжуры и династия Цин в Китае 55.5 KB
  Маньчжуры и династия Цин в Китае За полтора века затянувшейся политической борьбы в верхах за необходимые стране реформы процесс разорения крестьян достиг крайней степени. Снова оживилась деятельность тайных обществ типа Белого лотоса. Год от года...
8352. Китайские игры. Го в Древнем Китае 68 KB
  Го в Древнем Китае Содержание: 1. Введение. 2. Легенды о мудрых королях и гадания. 3. Го и война. 4. Го в классике. 5. Сумбур в Хань- и Вей-времена. 6. Литература. 1. ВВЕДЕНИЕ Китайской игре Вей-чи (Weichi,Weiqi), более известной у нас под ее...
8353. Main trends in the government’s policy on internationalization 71 KB
  Main trends in the governments policy on internationalization Internationalization of higher education is a reality. The Russian higher educational institutions have at their disposal much less funds than universities in the developed co...
8354. История древней Индии и Китая 37.5 KB
  Особый расцвет в индии наступает с 5-6 веков н.э, начинается процесс урбанизации. Ahimsa - не причинение вреда всему живого. Начинается развитие товарно-денежного обращения. Члены всех 4-ех варн отходили от своих традиционных занятий...