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

53027. Формули скороченого множення та узагальнення на основі квадрата двочлена 908 KB
  Мета: Узагальнити і систематизувати знання, вміння та навички у застосуванні формул квадрата двочлена і різниці квадратів. Вивести формули квадрата тричлена, куба двочлена. Розвивати вміння узагальнювати, робити висновки. Сприяти розвитку логічного мислення, математичної мови.
53028. Формула коренів квадратного рівняння. Розв’язування вправ 87 KB
  Мета: удосконалити вміння розвязувати квадратні рівняння за допомогою формули коренів квадратного рівняння; розвивати математичну мову; виховувати активність інтерес до нових знань і прагнення їх набути. Очікувані результати: учні на кінець уроку повинні: обчислювати дискримінант квадратного рівняння; розвязувати квадратні рівняння за допомогою формули коренів квадратного рівняння; Хід уроку І. Яка з наведених формул є формулою коренів квадратного рівняння А Б В Г 3.
53029. Формули подвійного аргументу 178.5 KB
  Мета: - на основі формул додавання вивести формули подвійного аргументу; - закріпити знання цих формул під час розвязування вправ; - розвивати вміння порівнювати, самостійно мислити; - виховувати інтерес до математики, удосконалювати навички самоконтролю.
53030. Формулы сокращенного умножения 49.5 KB
  Учитель математики Сегодня наш урок посвященный формулам сокращенного умножения не совсем обычный: мы будем его проводить вместе с вашим учителем русского языка. Учитель русского языка Для начала я хочу представить наше справочное бюро группа учащихся. Учитель математики А сейчас мы назначим несколько человек из класса экспертами. Учитель русского языка Что же такое эксперт Обратимся к нашему справочному бюро.
53031. Формули зведення 171.5 KB
  Тригонометричні функції зв’язані між собою великою кількістю співвідношень. Але не завжди їх треба зазубрювати, можливо достатньо володіти ланцюжком міркувань, тобто певним алгоритмом, щоб спростити даний вираз. Алгебра щедра, вона часто дає більше, ніж у неї просять, так стверджував великий математик Д′Аломберг. Сподіваюсь, що наш урок буде тому підтвердженням.
53032. Методичні рекомендації щодо вивчення математичних формул 987.5 KB
  У педагогіці існує різна класифікація методів навчання залежно від вибору основи класифікації а саме: за джерелом здобування знань словесні наочні практичні за способами організації навчальної діяльності методи здобування нових знань методи формування умінь та навичок і застосування знань на практиці методи перевірки й оцінювання знань умінь та навичок за характером навчальнопізнавальної діяльності І. Останні три методи використовують під час проблемного навчання як дидактичної системи. Проілюструю застосування методів навчання...
53033. Формулы сокращенного умножения 2.97 MB
  Слайд 1 У математиков существует свой язык это формулы Это слова известного математика Софьи Ковалевской и наш сегодняшний урок посвящен формулам сокращенного умножения. Слайд 2 Формулы сокращенного умножения Представим себе что сегодня наш класс отправляется в межгалактическое путешествие и мы посетим различные планеты. Слайд 3 Изображение планет Вас всех пригласили принять участие в путешествии чтобы обсудить с вами тему Многочлены. Планета упорного труда 6 6 Планета ошибок Итог: ____________ Оценка: __________ Достиг ли ты...
53034. Формування особистості шляхом самопізнання, самовизначення і самовиховання 101.5 KB
  Вправа Життєві цінності Учитель роздає по 10 папірців кожному учневі. Напишіть на кожному папірці своє імя. Протягом наступних кількох хвилин ці 10 папірців будуть уособлювати вас і гратимуть роль символічних грошей тобто засобу за який можна купити певний товар. Через хвилину перед кожним постане вибір: витратити чи заощадити свої папірці.
53035. Узагальнення та систематизація знань та умінь за темою «Формули скороченого множення» 43 KB
  Остроградськоговиставка книг із бібліотечного фонду школи із серії Цікава математикапереносна дошка Хід уроку Вчитель математики: Увага Увага Дорогі друзі Вітаймо день осінній цей Карбуймо в памяті цей час Бо в мить оцю в оцю хвилину Форт Буайяр чекає нас. Вчитель фізичної культури: Клас для проведення уроку фізичної культури та уроку математикишикуйсь проводить розминку в кінці якої учні сідають на лавки Вчитель математики формулює мету уроку і вказує на необхідність його проведення.Актуалізація опорних знань:...