ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ ПРОВОДИМОСТИ. ОТЧЁТ-Э09. изучение температурной зависимости сопротивления полупроводников и определение энергии активации проводимости
 Скачать 2.22 Mb.
|
|
Отчёт по Лабораторной работе Э09 «ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ ПРОВОДИМОСТИ» ______________________________________ Томск 2022 Краткие сведения по теории: Согласно квантовой теории, энергия электронов в любом кристаллическом теле (в частности, в металле) так же, как и энергия электронов в атоме, квантуется. Это означает, что она может принимать лишь дискретные значения, называемые уровнями энергии. Рассмотрим воображаемый процесс объединения атомов в кристалл. Пока атомы изолированы, они имеют одинаковые схемы энергетических уровней. По мере сближения атомов между ними возникает взаимодействие,  которое приводит к изменению положения уровней (рис. 1 б). Вместо N одинаковых для всех атомов возникает N близких, но несовпадающих уровней. Каждый энергетический уровень изолированного атома расщепляется в кристалле на N близко расположенных уровней, образующих полосу или зону энергетических уровней. На рисунке показано расщепление уровней как функция расстояния между атомами, а также разрешенные и запрещенные энергетические зоны.  Схематическое изображение энергетических зон полупроводника. а – собственная активация, б, в – примесная активация, Ec – дно зоны проводимости, Ev – потолок валентной зоны, Ea, Ed – энергетические уровни акцепторной и донорной примесей, ΔE – соответствующие энергии активации. Температурная зависимость проводимости полупроводников Как известно, проводимость полупроводников пропорциональна концентрации свободных носителей заряда в нем и их подвижности. Как показывают исследования, концентрация свободных носителей заряда в полупроводниках экспоненциально возрастает с температурой. В результате этого для полупроводников сопротивление с ростом температуры уменьшается по экспоненциальному закону:   Анализировать температурную зависимость сопротивления полупроводника удобно с помощью графика этой зависимости, построенного в полулогарифмической системе координат. Логарифмируя, имеем:  Если по оси абсцисс отложить обратную температуру 1/T, а по оси ординат ln R , то график будет иметь вид прямой (рис. 5.). Такое графическое построение используется для экспериментального определения энергии активации проводимости:  где ϕ - угол наклона прямой к оси абсцисс. Описание экспериментальной установки  Установка, используемая для изучения температурной зависимости сопротивления полупроводников, смонтирована на панели и включает в себя следующие элементы: источник питания, вольтметр, микроамперметр, потенциометр, ключ, электроплиту, сосуд с водой, термометр, термистор типа ММТ4. Выполнение работы Таблица 1
Вольтамперная характеристика  Таблица 3
Сопротивление при каждой температуре находим по закону Ома: R = U / I График температурной зависимости сопротивления  ln R = f (1/T)  По графику найдём изменение обратной температуры и сопротивления, для подсчёта тангенса угла фи    Найдём энергию активации  Выразим в эВ  Выводы В ходе лабораторной работы определили мы обнаружили линейную зависимость вольтамперной характеристики. Также мы нашли тангенс линейной зависимости натурального логарифма от обратной температуры. Возможны незначительные отклонения в определяемых величинах, связанные с погрешностью измерительных приборов. |