Физика \ Физика

Исследование электропроводности полупроводников. Исследование проводимости полупроводников с собственной и примесной проводимостью, страница 2

                                                     σ=σ0 + σприм ,                                                         (9)

где σприм примесная проводимость. С увеличением температуры образца возможно изменение типа проводимости, как указывалось выше. Тогда график зависимости ln( I ) = f (T-1) может иметь излом (рис.3.), который свидетельствует об изменении типа проводимости. Измеряя тангенсы наклона линейных участков графика, оказывается возможным определить не только энергию запрещенной зоны, но и энергию положения примесного уровня Еприм=Еа (или Еd). На рис.3. участок АВ соответствует примесной проводимости, ВС – „истощению” примесей и СD- собственной проводимости полупроводника. Поведение графика на участке ВС может быть сложнее нежели изображено на рис.3., что связано с фазовыми переходами при нагреве образца.

Рис. 3. Зависимость логарифма тока от величины обратной температуре

для полупроводников с примесной проводимостью.

   Термосопротивления на основе полупроводников находят широкое применение в термометрах, измеряющих температуру в диапазоне от -1000С до +3000С. Принципиальная схема такого термометра ничем не отличается от изображенной на рис. 1, а амперметр проградуирован в градусах. Полупроводниковые Термосопротивления также используется для регистрации слабых тепловых сигналов. Высокая чувствительность подобных приборов позволяет конструировать на их основе приемники теплового излучения, реагирующие на тепловые потоки мощностью до 10-10 Вт.

Конструкция установки

   Экспериментальная установка выполнена в виде отдельного функционального модуля, заключенного в металлический кожух, на лицевой панели которого расположены:

- мультиметр для измерения тока и напряжения при снятии вольт-амперных характеристик;

- тумблер «I-U» - для переключения мультиметра из режима измерения тока в режим измерения напряжения;

- цифровой индикатор термометра;

- тумблер включения термометра – «термометр»;

- ручка регулировки напряжения на полупроводниковом сопротивлении – «U»;

- тумблер включения печи нагревателя – «нагреватель»;

- ручка регулировки нагрева печи термостата – «нагрев» (позиция против часовой стрелки до упора – печь выключена);

- переключатель «R1-R2» полупроводниковых сопротивлений (R2 – с  собственной проводимостью, R1- с примесной проводимостью);

- тумблер включения установки – «сеть».

   Величина силы тока протекающего через сопротивления определяется  по напряжению на резисторе в 1 Ом, который подключен последовательно с полупроводниками. При этом тумблер «I-U» переводится в положение «I», а величина тока определяется по шкале «200 mV» мультиметра.

Порядок выполнения работы и обработка полученных результатов

   1. Включить установку тумблером «сеть». Включить термометр тумблером «термометр».

   2. Изменяя ручкой «U» величину подаваемого напряжения для каждого из полупроводников R1 и R2 снять зависимость силы тока I от напряжения U (не менее 10 точек) при комнатной температуре. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1.

U, В

I(R1), мA

I(R2), мА

0,5

1

1,5

…

10

   3. Установить величину подаваемого на полупроводники напряжения U=1 В. Включить нагреватель термостата тумблером «нагреватель» и повернуть ручку «нагрев» в крайнее положение по часовой стрелке (положение максимальной мощности нагревателя). В процессе нагрева сопротивлений снять зависимость силы тока I  от температуры полупроводников при заданном значении напряжения. (Записывать показания приборов не реже чем через каждые 100С. Нагрев проводить до 1000С). Результаты измерений занести в таблицу 2.

   Внимание! В процессе измерений необходимо постоянно контролировать величину установленного напряжения.

Таблица 2.

Т,  0С

1/Т,  1/0К

I(R1),  мА

I(R2),  мА

ln( I ), (R1)

ln( I ), (R2)

20

25

…

95

100

   4. По данным таблицы 1 построить вольт-амперные характеристики сопротивлений R1 и R2.

   5. Используя результаты таблицы 2, построить температурные характеристики полупроводников R1 и R2  [ ln( I ) = f (T-1) ]. Cделать вывод о характере проводимости исследованных сопротивлений. Определив тангенс угла наклона соответствующих прямых, рассчитать ширину запрещенной зоны полупроводников Еg и энергию примесного уровня Еприм по формулам:

                                           Еg = 2k∙tgα1;    Еприм = 2k∙tgα2                                     (10)

Контрольные вопросы

   1.Поведение каких частиц описывается функциями распределения Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна?

   2.Напишите выражение для функции распределения Ферми-Дирака.

   3.Что такое энергия Ферми и чем она определяется при Т = 0 К?

   4.С чем связано изменение электропроводности в примесном полупроводнике при изменении его температуры?

   5.Где расположен уровень Ферми в полупроводниках с собственной и примесной проводимостью?

   6.Где используются термосопротивления?

ЛИТЕРАТУРА

   1. Верещагин И.К., Кокин С.М., Никитенко В.А., Селезнев В.А., Серов Е.А. Физика твердого тела. М., Высшая школа, 2001.

   2. Васильев А.М., Введение в статистическую физику. М., Высшая школа, 1980

Скачать файл