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

78684. Комплексний історико-правовий аналіз інституту адвокатури в Україні 898 KB
  Інститут адвокатури у такому вигляді, як він існує в наш час, володіє рядом властивостей, які ми вважаємо самі по собі зрозумілими. Проте визнання суспільством ролі адвокатури як єдиного незалежного професійного правозахисного інституту, покликаного захищати права та свободи...
78685. НЕПОСРЕДСТВЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ СОЧЕТАННЫХ ОПЕРАЦИЙ ТРАНСМИОКАРДИАЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ РЕВАСКУЛЯРИЗАЦИИ И АОРТОКОРОНАРНОГО ШУНТИРОВАНИЯ У БОЛЬНЫХ ИБС 4.98 MB
  Они изучали теоретическую возможность поступления крови в миокард прямо из полости левого желудочка по специально созданным каналам. За основу принималась модель перфузии миокарда у рептилий, у которых система коронарных артерий отсутствует, а кровь доставляется из полости сердца в синусоиды.
78686. КАТАМНЕЗ ЛИЦ, УВОЛЕННЫХ ИЗ ВООРУЖЕННЫХ СИЛ С ПОГРАНИЧНЫМИ ПСИХИЧЕСКИМИ РАССТРОЙСТВАМИ 6.55 MB
  Для достижения цели были сформулированы следующие задачи: Изучить зависимость показателей катамнеза от клиники психических расстройств инициального периода болезни. Проанализировать динамику психического состояния и качество социальной адаптации военнослужащих с разной выраженностью...
78687. УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ РАЗВИТИЕМ ТЕКСТИЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 3.33 MB
  Необходимость шагов инновационного развития экономики России, направленных, в частности, на решение проблем восстановления производственного потенциала и дальнейшего развития конкурентоспособности различных народнохозяйственных комплексов и, в первую очередь, промышленности...
78688. Управление рисками инвестиционных проектов в пищевой промышленности 2.75 MB
  В третьей главе диссертации Методические аспекты управления рисками инвестиционных проектов в пищевой промышленности выявлены методы защиты от рисков; разработаны механизмы оптимизации защитных мероприятий реализуемых при...
78689. Роль инновационных социотехнических систем в переходе к устойчивому развитию (философские аспекты) 2.79 MB
  Современное общество, подобно современному программному обеспечению, характеризуется как общество, структуры которого подвергаются постоянному обновлению. Находясь в подвижном состоянии, общество обновляет и трансформирует все свои системы, постоянно приближаясь к наиболее комфортному состоянию.
78690. Восстановление и развитие школьной системы в Нижнем Поволжье в 1945–1953 годов 2.6 MB
  Исследование проблемы восстановления и развития школьной системы в 1945–1953 гг. представляется возможным на примере одного из типичных регионов страны – Нижнего Поволжья. Масштабы разрушений и механизм их преодоления, сложившиеся в регионе, являлись типичными для всего Советского Союза...
78691. Воспитание гуманистического отношения к природе у учащихся в процессе изучения естественнонаучных дисциплин 943 KB
  Объект исследования: процесс воспитания гуманистического отношения к природе у учащихся средней и старшей ступеней общеобразовательной школы в ходе освоения ими содержания естественнонаучных дисциплин. Предмет исследования: педагогические средства, условия, факторы успешности процесса воспитания...
78692. ФАКТОР СОЦИАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В ИНСТИТУЦИОНАЛЬНОМ КОНТЕКСТЕ СОВРЕМЕННОЙ РОССИИ 246.77 KB
  Конец прошлого столетия в Российской Федерации характеризуется такими понятиями, как: политически нестабильная обстановка, экономический дефолт и демографический кризис. Как правило, за черной полосой наступает белая, поэтому на данный момент времени можно смело утверждать...