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

28525. Дані, інформація, її види та формалізація. Інформаційна технологія автоматизації процесу аналізу інформації 170.5 KB
  Технології виявлення знань в базах даних 1. Головною особливістю даних сьогодні є те що їх стає надзвичайно багато. При масовому застосуванні комп'ютерів виникла гігантська кількість джерел даних. Для прикладу можна взяти обсяг даних у всесвітній мережі Інтернет що збільшується щохвилини.
28526. Інтелектуальні технології обробки економічних даних 171.5 KB
  В першому випадку відомості містяться у різноманітних інформаційних джерелах книги документи бази даних інформаційні системи і т. Серед методів першої групи в економіці поширені методи математичної статистики що вирішують спектр задач проте не дозволяють знаходити і видобувати знання з масивів даних. Тому для аналізу сучасних баз даних методи повинні бути ефективними простими у використанні володіти значним рівнем масштабності і певною автоматизованістю.
28527. Принципы построения алгоритма шифрования ГОСТ 28147-89 32.78 KB
  ГОСТ 28147 разработан в 1989 году является блочным алгоритмом шифрования длина блока равна 64 битам длина ключа равна 256 битам количество раундов равно 32. ГОСТ 28147 использует восемь различных Sboxes каждый из которых имеет 4битовый вход и 4битовый выход. Iый раунд ГОСТ 28147 Генерация ключей проста.
28528. Основное преобразование алгоритма ГОСТ 28147–89 25.13 KB
  На самом верхнем находятся практические алгоритмы предназначенные для шифрования массивов данных и выработки для них имитовставки. В ГОСТе ключевая информация состоит из двух структур данных. Основной шаг криптопреобразования по своей сути является оператором определяющим преобразование 64битового блока данных. Определяет исходные данные для основного шага криптопреобразования: N – преобразуемый 64битовый блок данных в ходе выполнения шага его младшая N1 и старшая N2 части обрабатываются как отдельные 32битовые целые числа без знака.
28529. Режим простая замена ГОСТ 28147–89 20.97 KB
  Зашифрование в данном режиме заключается в применении цикла 32З к блокам открытых данных расшифрование – цикла 32Р к блокам зашифрованных данных. Это наиболее простой из режимов а 64битовые блоки данных обрабатываются в нем независимо друг от друга. Размер массива открытых или зашифрованных данных подвергающихся соответственно зашифрованию или расшифрованию должен быть кратен 64 битам: Tо = Tш = 64n; после выполнения операции размер полученного массива данных не изменяется. Блок данных определенной размерности в нашем случае – 4бит...
28530. Режим гаммирования ГОСТ 28147–89 РГПЧ 77.46 KB
  В данных режимах шифрование информации производится побитовым сложением по модулю 2 каждого 64битного блока шифруемой информации с блоком гаммы шифра. последовательности элементов данных вырабатываемых с помощью некоторого криптографического алгоритма для получения зашифрованных открытых данных. Для наложения гаммы при зашифровании и ее снятия при расшифровании должны использоваться взаимно обратные бинарные операции например сложение и вычитание по модулю 264 для 64битовых блоков данных. Гаммирование решает обе упомянутые проблемы:...
28531. Гаммирование с обратной связью 16.05 KB
  Данный режим очень похож на режим гаммирования и отличается от него только способом выработки элементов гаммы – очередной элемент гаммы вырабатывается как результат преобразования по циклу 32З предыдущего блока зашифрованных данных а для зашифрования первого блока массива данных элемент гаммы вырабатывается как результат преобразования синхропосылки по тому же циклу 32З. Как видно из соответствующего уравнения при расшифровании блока данных в режиме гаммирования с обратной связью блок открытых данных зависит от соответствующего и...
28532. Выработка имитовставки к массиву данных 15.64 KB
  Ранее мы обсудили влияние искажения шифрованных данных на соответствующие открытые данные. Мы установили что при расшифровании в режиме простой замены соответствующий блок открытых данных оказывается искаженным непредсказуемым образом а при расшифровании блока в режиме гаммирования изменения предсказуемы. Означает ли это что с точки зрения защиты от навязывания ложных данных режим гаммирования является плохим а режимы простой замены и гаммирования с обратной связью хорошими – Ни в коем случае.
28533. Криптографические средства 24 KB
  Они имеют своей задачей защиту информации при передаче по линиям связи хранении на магнитных носителях а так же препятствуют вводу ложной информации имитостойкость. Основные задачи криптографии Криптографические методы защиты информации используются как самостоятельно так и в качестве вспомогательного средства для решения задач не имеющих на первый взгляд отношения к криптографии. Интересы криптографии сосредоточены на двух задачах: обеспечение конфиденциальности при хранении и передаче информации когда никто кроме владельца...