Измерение зависимости электропроводности образца германия от температуры и определение ширины запрещенной зоны германия, страница 3

4. Влияние температуры на электропроводность полупроводников.

Зная влияние температуры на концентрацию и подвижность носителей заряда, можно представить и общий ход кривой удельной электропроводности от температуры (рис.4).

Концентрация носителей заряда в полупроводниках сильно зависит от температуры – по экспоненциальному закону, а на подвижность изменение температуры влияет слабее – лишь по степенному закону. Поэтому температурная зависимость удельной проводимости похожа на температурную зависимость концентрации носителей при очень малых (область I) и больших температурах (область III). В среднем диапазоне температур (область II), когда все примеси уже истощены, а собственных носителей заряда ещё пренебрежимо мало, температурные изменения удельной проводимости обусловлены температурной зависимостью подвижности.

 

Рис. 4. Зависимость удельной электропроводности полупроводника от обратной температуры.

При комнатной температуре концентрация собственных носителей мала (n_i(Si) ~ 10¹⁰ см^-3 , n_i(Ge) ~ 10¹³ см^-3), все примеси ионизированы, и количество носителей заряда определяется концентрацией примесей. В области высоких температур, когда тепловая генерация собственных носителей дает заметный вклад в концентрацию свободных носителей, удельная электропроводность равна:

Отсюда видно, что ширину запрещенной зоны можно определить по измерениям зависимости собственной электропроводности полупроводника от температуры.

5. Экспериментальная установка.

Электрическая схема измерений представлена на рис.5.

 

Рис.5. Схема установки.

Образец германия 1 имеет геометрические размеры: 20×10×1 мм³ . Он закреплен на подложке и укреплен в измерительном модуле. Модуль через вход АС (alternating current - переменный ток) на задней стороне напрямую соединяется с выходом 12 В источника 2. Напряжение измеряется мультиметром 3, который подключается через два нижних гнезда на передней стороне модуля. Температура и ток отображаются на дисплее 4 модуля. Режим индикации дисплея устанавливается с помощью кнопки «Display». Ток через образец не должен превышать 30 мА. Нагрев образца начинается  и прекращается при нажатии на кнопку «on/off» на задней стороне модуля. Стабилизации температуры не предусмотрено.

6. Порядок выполнения работы

Ознакомиться с приборами.

Убедиться, что собранная электрическая схема соответствует рис. 5.

Включить источник тока с помощью выключателя, находящегося на задней панели прибора. Убедиться, что на измерительном модуле загорелся индикаторный светодиод. Ознакомиться с имеющимися на передней панели модуля органами управления:

·  кнопка I_p – T – переключает дисплей модуля на индикацию тока через образец Ip или температуры tº;

·  ручка                          - служит для управления током через образец;

·  гнезда для измерения напряжения на образце U расположены в нижней части модуля.

Установить ток через образец I_p равным 0.

Включить цифровой мультиметр и ознакомиться с его органами управления. В мультиметре предусмотрено автоматическое отключение питания при длительном простое, в этом случае надо еще раз его включить.