<Залежність електричної провідності напівпровідників від температури

Лабораторна робота № 8.6

 

Залежність електричної провідності напівпровідників від температури

Прізвище _____________   Група ______   Дата ______

 

Мета роботи: експериментально дослідити залежність опору напівпровідника від температури.

 

Теоретичні відомості

Залежність електропровідності напівпровідників від температури  використовується в терморезисторах. Матеріалом для виготовлення терморезисторів, як правило, є суміші окислів сульфідів, нітридів та карбідів металів, які мають напівпровідникові властивості.

Основною характеристикою терморезистора є температурна залежність його опору, хід якої співпадає з ходом температурної залежності питомого опору напівпровідника, з якого виготовлений терморезистор. В робочому діапазоні температур ця залежність достатньо точно визначається  співвідношенням:

 

,

 

 

де  - опір терморезистора при температурі Т;

 - величина, яка залежить від матеріалу та геометричних розмірів терморезистора.

Логарифмуучи попередні формули, отримаємо:

 

,

 

.

 

В електрон-вольтах , тоді

 

,

 

.

 

Якщо побудувати графік залежності , то буде мати вигляд, показаний на малюнку:

 

Тангенс кута нахилу прямої до осі абсцис дорівнює ширині забороненої зони , яка виражена в електрон-вольтах:

 

.

 

 

Опис лабораторної установки

 

 

Германієвий напівпровідник ВК вміщений в термостат з нагрівачем ЕК, який підєднується до джерела живлення вимикачем . Величина струму в колі ВК під час зміни опору ВК, яке викликане його нагріванням, підтримується стабільною стабілізатором. Стабілізатор струму складається з  стабілізатора VД, трансформатора VT
та резисторів  та .

 

 

Порядок виконання роботи

 

  1. Ввімкнути живлення тумблером SА1. Значення початкової температури та напруги на термоопорі ВК занести в таблицю 1.

 

 

 

Таблиця 1.

 

25

30

35

40

45

50

55

60

70

Нагрівання

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Охолодження

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Середнє

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,См/м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Визначити та занести в таблицю 1 значення падіння напруги  та  на термоопорі при зміні температури через кожні . Провести вимірювання як під час нагрівання, так і під час охолодження.
  2. За даними таблиці 1 обчислити середнє значення падіння напруги на термоопорі  та його провідність  для всіх значень температури. Результати занести в таблицю 1. Вважати .
  3. Обчислити значення Т, ,  для всіх температур. Результати занести в таблицю 2.

 

Таблиця 2.

Т, К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За даними таблиці 2 побудувати графік залежності  .

  1. За графіком залежності  визначити ширину забороненої зони германію в електорон-вольтах

 

.

 

  1. Визначити концентрацію електронів провідності при температурі   з формули

 

,

 

де - концентрація електронів провідності при температурі  ;  при температурі . Значення  та  взяти з таблиці 1.

 

Контрольні запитання

 

  1. Що називають рухливістю носіїв струму? Як залежить рухливість носіїв від температури?
  2. Пояснити хід залежності логарифма концентрації носіїв від зворотної температури.
  3. Що називають власною та домішкової провідністю?
  4. Як пояснити наявність ділянки домішкового вичерпання?
  5. Пояснити зміну провідності  напівпровідника з ростом температури.
  6. Що характеризує тангенс кута нахилу ?
  7. Що називають  терморезистором?

 

 

 

Звіт про виконану роботу

 

1. Величини, що вимірюються:

-напруга при нагріванні опору, .

-напруга при охолодженні опору, .

Величини, що обчислюються

а) - середнє значення напруги між значеннями напруги під час нагрівання т а охолодження, ;

б) ,

де -провідність. .

в)  логарифм провідності;

г) абсолютна температура .

д) ;

2. Результати експерименту.