Лабораторная работа № 7(С)
ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ
СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА И ПОЛУПРОВОДНИКА
Цель работы: экспериментально определить температурный коэффициент сопротивления металла (ТКС) и ширину запрещённой зоны полупроводника.
Оборудование: Лабораторный комплекс «Электричество и магнетизм»: регулируемый источник постоянного напряжения, миниблоки «Исследование температурной зависимости сопротивления проводника и полупроводника», «Ключ», мультиметры.
По электрическим свойствам вещества разделяют на три класса: проводники, диэлектрики и полупроводники. Типичными проводниками являются металлы, у которых удельное электрическое сопротивление r < 10–6 Ом×м. Удельное электрическое сопротивление полупроводников обычно лежит в пределах от 10–6 до 1014 Ом×м. Материалы, у которых величина r > 1014 Ом×м, относятся к диэлектрикам. Полупроводниками являются ряд элементов III–VI групп таблицы элементов Д.И. Менделеева (B, Ge, Si, As, Te и т.д.), а также большое число химических соединений (GaAs, GaP, ZnS, SiC и др.). В зависимости от внешних условий (температура, давление) одно и то же вещество может относиться к разным классам. Например, германий при температуре жидкого азота 77 К – диэлектрик, при комнатной температуре – полупроводник, а в жидком состоянии является проводником.
Классическая электронная теория проводимости достаточно хорошо объясняет свойства проводников, но не может полностью объяснить свойства полупроводников. Это делает современная квантовая теория, составной частью которой является зонная теория.
Согласно квантово-механическим представлениям, электроны в атомах могут находиться в строго определенных энергетических состояниях. При этом в каждом состоянии электрон обладает определенной энергией E, а его состояние описывается волновой функцией y, причем у одиночных атомов одного и того же элемента энергия соответствующих уровней в точности одинакова.
При объединении атомов в кристаллическое тело электронные облака начинают перекрываться, и электроны начинают оказывать влияние друг на друга. Энергия электронов начинает изменяться за счет их влияния друг на друга и электроны, прежде имевшие одну и ту же энергию E, будут иметь различные, но близкие энергии. Т. е. при сближении N атомов каждый уровень изолированного атома расщепляется на N близких уровней, на каждом из которых может находиться по два электрона с различными спинами.
Значение N равно количеству атомов в кристалле (число порядка 1020 ). Совокупная ширина получившихся уровней определяется степенью взаимодействия атомов и не зависит от количества атомов в кристалле. Поэтому расстояние между соседними уровнями ( разность энергий) настолько мало, что говорить о положении отдельных уровней не имеет смысла. Их рассматривают вместе и называют энергетической зоной. Зоны отделяются друг от друга областями, в которых электроны в силу квантово-механических законов не могут находиться. Эти области называются запрещенными зонами (рис. 1).
Термины "энергетический уровень", "энергетическая зона" имеют
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
