5281

Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников

Лабораторная работа

Физика

Изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны. Теоретическое введение Электропроводность материалов определяется выражением...

Русский

2012-12-06

49.5 KB

74 чел.

1. Цель работы

Изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны

2. Теоретическое введение

Электропроводность материалов определяется выражением:

    (1)

где q+ и q- - соответственно величина заряда положительных и отрицательных носителей электрического заряда, n+ и n- - концентрация соответственно положительных и отрицательных носителей заряда, µ+ и µ- - подвижности положительных и отрицательных носителей заряда.

В нашей задаче исследуется собственная электропроводность полупроводника. Поэтому положительными носителями заряда являются дырки, а отрицательными- электроны. Следовательно,

|q+| = |q-| = e

и, поскольку полупроводник собственный, то n+ = n- = n

Тогда    (2)

Здесь µn и µp- подвижность электронов проводимости и дырок, соответственно.

Строго говоря, от температуры зависят и концентрация, и подвижности носителей заряда. Однако, во многих случаях в узком диапазоне температур зависимостью подвижностей от температуры можно пренебречь и считать подвижности постоянными, не зависящими от температуры. В данной работе рассматривается именно этот случай.

Зависимость концентрации собственных носителей от температуры описывается экспонентой:

   (3)

Здесь Eg - ширина запрещенной зоны, k- постоянная Больцмана, T- температура образца, n0- концентрация носителей при высоких температурах.

Отсюда    (4)

Обозначим n0 e(µnp)= и условно назовем это электропроводностью образца при бесконечно большой температуре. В результате получим выражение для электропроводности образца:

   (5)

Таким образом, зависимость электропроводности собственного полупроводника от температуры является экспоненциальной. Уравнение (5) поддается экспериментальной проверке и позволяет определить ширину запрещенной зоны полупроводника Eg . Именно это и является целью данной лабораторной работы.

Прологарифмируем формулу (5). Получим:

   (6)

Отсюда следует, что график зависимости от представляет собой прямую линию, что легко проверить практически. Для вычисления ширины запрещенной зоны Eg поступим следующим образом. Построим прямую (6). В уравнении (6) имеем два неизвестных: ширину запрещенной зоны Eg и логарифм электропроводности при бесконечно большой температуре lnϭ 0. Возьмем на прямой (6) две произвольные точки. Уравнение (6) для этих точек запишется как

   (7)

Решив эту систему относительно Eg получим:

   (8)

Формула (8) является рабочей для вычисления ширины запрещенной зоны полупроводника.

В данной работе полупроводниковый образец выполнен в виде параллелепипеда, имеющего длину l, ширину a и высоту b. Для вычисления электропроводности образца воспользуемся законом Ома. Электрическое сопротивление образца по закону Ома равно

   (9)

где U- электрическое напряжение на образце, I- сила тока через образец. Приняв во внимание геометрию образца и связь электропроводности и удельного сопротивления найдем выражение для электропроводности полупроводникового образца

   (10)

где S=ab- площадь поперечного сечения образца.

3. Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки приведена на рис.1.

Сила тока источника (1) не зависит от сопротивления нагрузки. Нагрузкой источника является образец (2). Сила тока, протекающего через образец, регистрируется миллиамперметром (3), а напряжение на образце измеряется при помощи вольтметра (4). Образец наклеен на электроизолирующую теплопроводную пластину и помещен в печь (5) с маслом. Туда же помещен термометр (6) для измерения температуры образца.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58190. Правовая основа бухгалтерского учета в РФ. Понятие организации бухгалтерского учета в РФ 166 KB
  Правовая основа бухгалтерского учета в РФ. Понятие организации бухгалтерского учета в РФ. Документы регламентирующие организацию бухгалтерского учета. Международные стандарты учета и адаптация к ним российской системы учета.
58191. Предложение. Три аспекта предложения 33 KB
  Современное языкознание располагает большим количеством лингвистических теорий, изучающих предложение. Сейчас особенно интенсивным стало изучение текста. Но предложение было и остается основной единицей синтаксиса, так как именно в предложении находят выражение наиболее существенные функции языка: коммуникативная
58193. Создание web-страниц. Таблицы 39 KB
  Это таблица TD TR TBLE BODY Еще атрибуты параметры тега TBLE lign выравнивание по странице TBLE lign=rigth Bckground изображение фон таблицы Bgcolor цвет фона TBLE lign=right bgcolor=red...
58195. Війни за княжих часів 29 KB
  Великий вплив на розвиток й уліпшення плавби у нас мали варяги. Тодішній корабель був понад 20 м. завдовжки, до 5 м. завширшки і на цілі 2 м. завглибшки. Будували його з дубового матеріалу, а тільки додаткові частини бували з яворини, ясенини, березини ті ін...
58196. Система и окружающая среда. Персональный компьютер как система 569.5 KB
  Солнечная система Футбольная команда Растительный мир Компьютер Автомобиль Математический язык Закончите предложение: Рассмотрение составных частей сложного объекта в их взаимодействии и взаимовлиянии это Система Системный подход Системный эффект Приведите пример отношения...
58198. Російська революція 1905-1907 рр. в Україні 48 KB
  Мета: формувати в учнів знання про події російської революції 19051907 рр. в Україні а також охарактеризувати процес активізації громадськополітичного життя в Україні в даний період; розвивати в учнів уміння встановлювати причинно-наслідкові звязки...