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

15494. Дзень, дзень! Молот по зелізі!.. (про ковалів і ковальство в Підгайцях та дещо зі спогадів) 145 KB
  Дзень дзень Молот по зелізі.. про ковалів і ковальство в Підгайцях та дещо зі спогадів Про ковальство і ковалів вочевидь треба писати як кажуть старі галичани на ширшу скалю тобто не тільки писати але й досліджувати значно більше і глибше. Так наприклад велики
15495. ШЛЯХАМИ УКРАЇНСЬКИХ СІЧОВИХ СТРІЛЬЦІВ НА ПІДГАЄЧЧИНІ 139 KB
  Степан КОЛОДНИЦЬКИЙ Богдан МЕЛЬНИЧУК ШЛЯХАМИ УКРАЇНСЬКИХ СІЧОВИХ СТРІЛЬЦІВ НА ПІДГАЄЧЧИНІ До вибуху Першої світової війни Підгаєччина належала до одного із краще зорганізованих повітів Східної Галичини а це завдяки енергійному єдиному в той час адвокат...
15496. Аналіз статей з інноваційного маркетингу 70 KB
  В даній статті автор розглядає та порівнює тенденції інноваційного розвитку в Україні та за кордоном. При цьому, в закордонному інноваційному процесі спостерігаються такі особливості...
15497. Андрусівське сепаратне перемир’я 1667 22.75 KB
  Андрусівське сепаратне перемиря 1667 Андрусівський сепаратний договір Андрусівський мир угода між Московським царством і Польщею за спиною України про припинення війни підписана 30 січня 1667 року в селі Андрусове під Смоленськом терміном на 135 років. Угода стала заве
15498. Античні міста Північного Причорномор'я 14.88 KB
  Античні міста Північного Причорноморя Грецькі міста й селища виникли в Причорноморї під час Великої грецької колонізації у VIII VI ст. до н. е. Причини виникнення колоній полягали в перенаселенні Греції нестачі земель придатних для хліборобства пошуках джерел сировини...
15499. Антропогенез 13.81 KB
  Кістки найдавніших у Європі людських істот знайдені у Вертешселеш Угорщина та Гейдельберзі Німеччина належали пітекантропам. Приблизно в цей самий час можливо трохи пізніше пращури людини зявляються на теренах України. Як відомо в усі історичні епохи Північ Євразі
15500. Українсько-московський договір. Березневі статті 1654 року – історико-юридична та історична оцінка 19.79 KB
  Українськомосковський договір. Березневі статті 1654 року історикоюридична та історична оцінка Схожі матеріали УкраїнськоМосковська угода 1654 р УкраїнськоМосковський договір 1654 р Козацька делегація привезл...
15501. Давні літописи про походження Київської Русі 26.64 KB
  Давні літописи про походження Київської Русі Найдавніший руський літопис Повість минулих літ заснування державності на східнословянських теренах приписує норманам варягам яких звали русь. Запросили їх княжити і володіти ними племена чудь словени кривичі...
15502. Військово-територіальний устрій реєстрового козацтва 15.84 KB
  Характерною рисою заселення території України у XV ст. було те що основна маса людності мешкала на здавна обжитих землях Київщині Галичині Волині Поліссі та Поділлі. А південні землі Середня Наддніпрянщина Запоріжжя мали значні природні багатства але були незаселе