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

64 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

71460. Автоматизированные методы измерения точек на стереопаре цифровых снимков 84.5 KB
  Площадные методы отождествления одноименных точек Смысл этих методов сводится к сравнению плотностей пикселей двух изображений вокруг определяемой точки. Существует два основных подхода: Корреляционные методы Смысл этих методов заключается в следующем: фрагмент одного...
71461. Методы наблюдения и измерения стереопар снимков. Основы монокулярного и бинокулярного зрения 174 KB
  Монокулярное зрение зрение одним глазом. Качественно оно оценивается разрешающей способностью глаза или остротой зрения. Различают остроту зрения первого и второго рода. Остротой монокулярного зрения первого рода называют минимальный угол под которым наблюдатель различает две отдельные точки раздельно.
71462. Создание цифровых фотопланов 2.21 MB
  Для создания фотоплана используются цифровые трансформированные снимки с одинаковым размером пикселов и имеющие координаты начал систем координат цифровых изображений O1 и O2 кратные размеру пиксела. Координаты начала системы координат цифрового фотоплана XOM принимаются равными...
71464. Создание цифрового ортофототрансформированного снимка 99.5 KB
  Принципиальная схема цифрового ортофототрансформированния снимков представлена на рис.8 Исходными материалами при цифровом ортофототрансформировании снимков служат: цифровое изображение исходного фотоснимка; цифровая модель рельефа в большинстве случаев используется...
71465. Внутреннее ориентирование снимка в системе координат цифрового изображения 113.5 KB
  Для определения параметров внутреннего ориентирования снимка измеряют координаты изображений координатных меток снимка в системе координат цифрового изображения oC xC yC. Если в результате фотограмметрической калибровки съемочной камеры были определены координаты координатных меток...
71466. Наблюдение и измерение цифровых изображений 3.72 MB
  Координаты центров пикселов в левой прямоугольной системе координат цифрового изображения оC xC уC .1 началом которой является левый верхний угол цифрового изображения определяются в так называемых пиксельных координатах единицей измерения в этом случае является пиксел.
71467. Назначение и области применения цифрового трансформирования снимков 27.5 KB
  В частном случае если при трансформировании снимков не учитывается влияние кривизны Земли и проекции карты на положение контуров трансформированное изображение представляет собой ортогональную проекцию местности на горизонтальную плоскость.