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

30389. Технические средства САПР и их развитие. Требования, предъявляемые к техническому обеспечению 260 KB
  Лекция: Технические средства САПР и их развитие Формулируются требования предъявляемые к техническому обеспечению САПР. Рассматриваются структура и состав технического обеспечения САПР. Основное назначение лекции дать общее представление о техническом обеспечении САПР: предъявляемых к нему требованиях структуре составе и архитектуре 5. Требования предъявляемые к техническому обеспечению Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать: выполнение всех необходимых проектных процедур для которых имеется соответствующее...
30390. Основные особенности и достижения глобальной раннеклассовой цивилизации 37.74 KB
  Возникновение частной собственности разделение общества на классы появление социальных институтов Переход от общинной собственности к частной передаваемой по наследству членам своей семьи преодоление принципа уравнительного распределения возможность обособленного присвоения средств и результатов производства все это вызвало экономический интерес к приумножению собственности на благо отдельной личности а значит открылась возможность повышать производительность труда. социальных групп людей занимавших свое место в системе...
30391. Локальная цивилизация Древнего Египта: развитие и основные достижения 35.11 KB
  Локальная цивилизация Древнего Египта: развитие и основные достижения Эффективное использование благ Нила было невозможно без коллективного и организованного труда всех живущих в его долине. Моноотраслевая экономика экстенсивное развитие ирригационная система земледелия экономически оправданное рабство труд рабов использовался круглый год; труд на ограниченном легко контролируемом пространстве Политика. Южное направление экспансия рабы полезные ископаемые развитие ирригации. Северное направление поддержка и развитие торговых...
30392. Локальная цивилизация Древнего Шумера: развитие и основные достижения 40.75 KB
  На основе этих технологий шумеры пытаются продолжать вести хозяйство на новых землях и строят системы осушения почвы. Обслуживание ирригационной системы неизбежно привело к распространению рабского труда. Аккат Саргон Основные направления политики Саргона и его династии: создание единой ирригационной системы; поддержание постоянной армии 5400 чел. Ирригационные системы шумеров были сложнее египетских но культурных сооружений они оставили меньше.
30393. Локальная цивилизация Древнего Китая: развитие и основные достижения 35.86 KB
  Появление городской цивилизации Шан 1812 вв. В квазигосударстве Шан зарождалась пиктографическая письменность картинки. Основу культовой практики Шан составляло представление о переселении душ. союз племен Чжоу захватывает государство Шан.
30394. Локальная цивилизация Древней Персии (империя Ахеменидов): развитие и основные достижения 34.36 KB
  Рабы участвовали в экономике имели экономическую свободу так как раба не выгодно было иметь лучше продать больше продукции чем кормить его. Знать освобождается от налогов; региональная элита осуществляет экономическое управление в своей области сатрапии; кастовое общество но все социальные группы получают широкую экономическую самостоятельность; поскольку все социальные группы вовлечены в торговлю во внутреннем рынке они вынуждены пользоваться единой денежной системой и становятся зависимы от центральной власти; восточную деспотию в...
30395. Основные особенности и достижения глобальной античной цивилизации 31.46 KB
  Преобладало мелкое хозяйство крестьян и ремесленников в Римской империи создавались крупные рабовладельческие латифундии ремесленные производства. Возникают мировые империи но они недолговечны и быстро распадаются. Наиболее прочная Римская империи политическое и экономическое верховенство центраметрополии над провинциями устойчивые торговые связи смешение культур.
30396. Локальная цивилизация Древней Греции: развитие и основные достижения 32.34 KB
  Олигархия признак знатности богатство Общее между тремя формами правления коллегиальный принцип принятия решений на основе консенсуса т. демократический принцип правления. Многоотраслевая экономика; переработка с х продукции масло вино; разные формы правления тирания демократия аристократия олигархия; мифологическое сознание; развитие теоретических наук; человек объект культуры гелиоцентризм атомарная теория; всеобщее образование.
30397. Основные достижения и цивилизационное значение империи Александра Македонского 36.08 KB
  Основные достижения и цивилизационное значение империи Александра Македонского На фоне упадка грекоримской и персидской цивилизаций на роль регионального лидера начинает претендовать Македония. Задача создания единой экономической системы империи не ставилась: усилие по созданию единой нации; создание единого культа обожествления Александра Македонского. Создание империи Александра Македонского можно считать не вторым подъемом античной цивилизации а завершением ее первого кризиса. Именно политика Македонского заложила основы т.