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

67 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

16975. Використовування операторів EXISTS, ANY, ALL, і SOME 73 KB
  Практична робота №17 Тема: Використовування операторів EXISTS ANY ALL і SOME. Мета: Навчитися складати підзапити використовуючи спеціальні оператори EXISTS ANY ALL і SOME як аргументи підзапитів. Обладнання: персональний комп'ютер з встановленою операційною системою Windows сис
16976. Способи створення баз даних операторами DDL 52.5 KB
  Практична робота №18 Тема: Способи створення баз даних операторами DDL. Мета: Навчитися створювати бази даних додавати і видаляти атрибути за допомогою операторів DDL. Обладнання: персональний комп'ютер з встановленою операційною системою Windows система управління баз...
16977. Облік майна по матеріально-відповідальних особах 74.5 KB
  Практична робота №19-24 Тема: Індивідуальне завдання. Дослідження предметної області. Мета: Ознайомиться з предметною областью та дослідити її. Обладнання: Персональний компютер з встановленою операційною системою Windows система управління базами даних Access або Ms SQL ...
16978. ВИДЫ ДОСТУПА К ИНТЕРНЕТУ 39.5 KB
  ДОКЛАД по ВПЗ на тему: ВИДЫ ДОСТУПА К ИНТЕРНЕТУ Виды подключения к Интернету В настоящее время известны следующие способы доступа в Интернет: 1. DialUp когда компьютер пользователя подключается к серверу провайдера используя телефон коммутируемый досту
16980. Выбираем способ подключения к сети Интернет 51.5 KB
  Выбираем способ подключения к сети Интернет Рано или поздно каждый обладатель домашнего компьютера задумывается о его подключении к сети Интернет. Ради общения с другими людьми скачивания необходимой информации и так далее. В этот момент перед пользователем встаёт в
16981. Елементарні обчислення в Maple 272.5 KB
  артошик Практична робота №27. Тема: Елементарні обчислення в Maple. Мета: Навчитися виконувати в пакеті Maple такі елементарні дії як спрощення виразів розкриття дужок розкладання на множники знаходження коефіцієнтів полінома. Обладнання: ПК зі встановл
16982. Рішення рівнянь, нерівностей і систем в Maple 140 KB
  Практична робота №28. Тема: Рішення рівнянь нерівностей і систем в Maple. Мета: Навчитися вирішувати рівняння нерівності і системи простих рівнянь в пакеті Maple а також представляти виведення рішень в різній математичній інтерпретації. Обладнання: ПК зі встановленим ...
16983. Побудова графіків функцій засобами Maple 184 KB
  Тема: Побудова поверхонь графіків функцій в Maple. Мета: Навчитися будувати графіки в різних системах координат а також будувати поверхні в середовищі Maple. Обладнання: ПК зі встановленим математичним пакетом Maple. Індивідуальне завдання