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

65 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

3315. Измерение длин штангенциркулем и микрометром 432 KB
  Измерение длин штангенциркулем и микрометром Цель работы: овладение навыками измерения линейных размеров тел с помощью штангенциркуля и микрометра, определение погрешности прямых измерений, определение объема и площади образца. Приборы и принадлежно...
3316. Кино Италии (1896 - 1929) 341 KB
  Кино Италии (1896 - 1929) В начале XIX века Италия, под руководством Джузеппе Гарибальди объединилась в единое государство. Для нового государства нужны были колонии, поэтому начались захватнические войны. Первая Абессинская компания (1896) закончил...
3317. Изготовление скрин-фильма 2.3 MB
  Изготовление скрин-фильма Скрин-фильм – это видеофильм, созданный на основе книжных иллюстраций к небольшим рассказам, сказкам, стихотворениям и сопровождаемый фонограммой, записанной с микрофона или скачанной из сети Интернет. Т.е. это видео и...
3318. Расчет плазмотрона и определение его характеристик 203.5 KB
  Пояснительная записка к курсовой работе: 24 с., 4 рис., 1 таблица, 5 источников. Объект исследования – электродуговой плазмотрон постоянного тока косвенного действия. Цель работы – определение основных характеристик плазмотрона. Метод иссл...
3319. Чрезвычайные ситуации в мирное и военное время. 1.17 MB
  Краткая характеристика чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени Введение. Понятие о хирургии, травмах.  Чрезвычайные ситуации мирного времени.  Возможные аварии, катастрофы и стихийные бедствия в г. Воронеже и области...
3320. Техника и технология транспорта в туризме 163 KB
  Введение Учебная дисциплина рассматривает вопросы, связанные с техникой и технологией использования различных видов транспорта в туризме, технико-экономические и технико-эксплуатационные показатели различных видов туристского транспорта и порядок их...
3321. Военно-промышленный комплекс СССР в 1920–1950-е годы: темпы экономического роста, структура, организация производства и управление 2.25 MB
  Предлагаемая читателю книга – первая в отечественной литературе научная монография, посвященная истории формирования советского военно-промышленного комплекса – наиболее динамично развивавшейся совокупности видов промышленного производства...
3322. Программное обеспечение автоматизированных систем. Разработка приложений баз данных 628 KB
  В пособии изложены общие сведения о реляционных СУБД и их практическом применении на примере СУБД Oracle 8 с описанием элементов программирования в её среде. Приведены задания для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Организация баз данных»....
3323. Бухгалтерские информационные системы 231 KB
  Причины и тенденции автоматизации учета на предприятии Причины Бухгалтерский учет является самым сложным и трудоемким процессом учета, поэтому использование компьютерных технологий при обработке информации просто необходимо. Современные информаци...