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

63 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

47206. Система автоматизации распараллеливания: отображение на мультипроцессор 481.5 KB
  Примеры HP 9000 Vclss Nclss; SMPcервера и рабочие станции на базе процессоров Intel IBM HP Compq Dell LR Unisys DG Fujitsu и др. Важным компонентом стандарта OpenMP является набор подпрограмм времени выполнения и переменных окружения задающих среду OpenMP: subroutine OMP_SET_NUM_THREDSN устанавливает число нитей равное N. integer function OMP_GET_NUM_THREDS возвращает число нитей в бригаде. integer function OMP_GET_THRED_NUM возвращает номер текущей нити из которой произошел вызов функции в бригаде.
47207. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ЖИЗНЕННЫХ ЦЕННОСТЕЙ И УДОВЛЕТВОРЕННОСТИ БРАКОМ У МОЛОДЫХ СЕМЕЙ ПРОЖИВАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ И СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ 313.5 KB
  Особенности молодой семьи проживающей в условиях городской и сельской местности. Еще тогда мыслители предпринимали первые попытки изучения семьи. С тех времен и на протяжении всего развития общества менялись взгляды людей на то какими должны быть семейные отношения какую роль они играют в жизни людей изменилась система ценностей и социальных норм семьи и брака.
47209. Педагогические условия профилактики отклоняющегося поведения детей младшего школьного возраста во внеурочной деятельности 383 KB
  Теоретические основы профилактики отклоняющегося поведения детей младшего школьного возраста во внеурочной деятельности Внеурочная деятельность в начальной школе. Педагогические условия профилактики отклоняющегося поведения младших школьников. Проект программы профилактики отклоняющегося поведения детей младшего школьного возраста Светлый путь.
47210. Исследование сущности правовой природы брака, условий и порядка заключения брака 350.5 KB
  Предпринимаются попытки изменения основ семейного законодательства. Так, на законодательном уровне уже поднимались, и возможно еще будут подниматься вопросы о возможности полигамных браков в России, активизируется движение сексуальных меньшинств за признание однополых союзов.
47211. Трёхэтажное кирпичное административное здание 1.18 MB
  Для достижения поставленной цели в процессе проектирования были решены следующие задачи: максимально повышено эффективность работы, выбраны наиболее прогрессивные методы ППР и СМР; использованы достижения научно-технического прогресса и передового опыта; максимально сокращены удельные затраты на единицу вводимой в действие мощности
47212. Экономические отношения, связанные с повышением эффективности использования основных фондов предприятия 736.5 KB
  Для оценки производственного потенциала предприятия огромную роль играет анализ основных фондов. Основной целью выпускной квалификационной работы является выявление наличия движения и использования основных фондов предприятия посредством использования методов сравнительного анализа исторического экономического и иных методов. Предметом исследования выпускной квалификационной работы являются экономические отношения связанные с повышением эффективности использования основных фондов предприятия. Теоретической и методологической основой...
47213. Процесс формирования эмоционально-ценностного отношения младших школьников к музыке 168.15 KB
  Вместе с тем знания о музыке без знания самой музыки эмоционально воспринятой пережитой и осмысленной ребенком фактически теряют свою личностноценностную значимость оставаясь формальным показателем эрудиции учащегося Анализ научных исследований Э. позволяет заключить что проблема формирования эмоциональноценностных отношений к музыке учащихся общеобразовательной школы не является в педагогической науке принципиально новой и отдельные её аспекты так или иначе представлены в психологопедагогических трудах. Однако анализ современной...
47214. Организация рекламной деятельности на предприятиях гостиничного комплекса (на примере гостиницы «Холидей Ин Москва Виноградово» 472 KB
  Экономическая роль рекламы реализуется в том, что она способствует росту общественного производства, объема капиталовложений и числа рабочих мест. Реклама также поддерживает конкуренцию, расширяет рынки сбыта, содействует ускорению оборачиваемости средств, чем повышает эффективность общественного производства.