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

71 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

8461. Моделирование эффективности процесса технического обслуживания сложного устройства 314.5 KB
  Моделирование эффективности процесса технического обслуживания сложного устройства Задание: В качестве примера рассмотрим модель малого предприятия, сдающего в аренду ПК и обеспечивающего их техническое сопровождение. В качестве « системы техническо...
8462. Моделирование системы контроля качества производства электронных элементов 81.5 KB
  Моделирование системы контроля качества производства электронных элементов Задание: Каждый электронный элемент производится с помощью 3-х технологий. После каждой технологии предусмотрен 2-х минутный контроль. После первого процесса необходимо перед...
8463. Практикум по конфликтологии 2.51 MB
  Практикум по конфликтологии Предлагаемая книга является современным учебным пособием по одной из самых актуальных дисциплин современного вузовского образовательного процесса - конфликтологии. Содержание учебного материала представлено темами, которы...
8464. Основы конфликтологии. Конспект лекций 1.46 MB
  Основы конфликтологии ВВЕДЕНИЕ Прогресс социального знания не имеет границ. На основе существующих научных дисциплин формируются новые, обретая свой предмет и методы. В их числе - конфликтология. В обществе всегда возникали и проявлялись различ...
8465. Государственное регулирование экономики 14.69 KB
  Государственное регулирование экономики Государственное регулирование экономики - одна из основных форм участия государства в экономике, состоящая в его воздействии на распределение ресурсов и доходов, на уровень и темпы экономического развития и бл...
8466. Регулирование функций государства в период перехода к новым экономическим отношениям 16.01 KB
  Регулирование функций государства в период перехода к новым экономическим отношениям Система государственного регулирования в переходной экономике характеризуется двумя определяющими тенденциями. Во-первых, происходит либерализация экономики, котора...
8467. Использование макроэкономических показателей для оценки уровня развития национальной экономики 442 KB
  Использование макроэкономических показателей для оценки уровня развития национальной экономики. Национальная экономика (НЭ) представляет собой единство хозяйствующих субъектов и их отношений, структурированных в правовом и институциональном по...
8468. Совокупный экономический потенциал: понятие и сущность 35.5 KB
  Совокупный экономический потенциал: понятие и сущность Формирование совокупного экономического потенциала является сложным и многоэтапным процессом. Потенциал - это определенная совокупность ресурсов, средств, которые имеются в национальной эко...
8469. Конституционно-правовые институты Китайской Народной Республики 92.77 KB
  Конституционно-правовые институты Китайской Народной Республики Особенности китайской правовой традиции, специфика восприятия власти и управления. Конфуцианство и практика государственного строительства в Китае...