Теория лабораторной работы. Количество носителей заряда в полупроводниках существенно зависит от вида
Количество носителей заряда в полупроводниках существенно зависит от вида полупроводника и его температуры. Зонные диаграммы полупроводников 
и 
типов приведены на рисунке 10, где 
- уровень Ферми, а) собственный полупроводник (уровень Ферми посередине запрещённой зоны), б) примесный донорный полупроводник, в) примесный акцепторный полупроводник, 
– ширина запрещённой энергетической зоны.
В собственных полупроводниках концентрация собственных носителей (электронов и дырок) увеличивается с температурой экспоненциально:
,
где 
– постоянная величина, 
– постоянная Больцмана, 
– абсолютная температура.
 Рис. 10. |
Прологарифмировав это выражение, получим:
Отсюда видно, что зависимость концентрации носителей 
от температуры описывается прямой в координатах 
.
В примесных полупроводниках образование носителей происходит генерацией их как собственно атомами, так и с примесных центров, и поэтому зависимость от температуры носит сложный характер. В общем случае зависимость проводимости от температуры определяется концентрацией и типом примесных центров (акцепторов и доноров), а также типом полупроводника, т.е. шириной запрещённой зоны.
Промышленное использование некоторых типов полупроводниковых приборов основано на зависимости их проводимости от температуры (термисторы).
В качестве рабочего элемента выбираются полупроводники на основе специальных окислов. Вследствие этого температурная зависимость проводимости 
подобных полупроводников аналогична зависимости 
для собственных полупроводников и имеет вид:
. (1)
Определяя экспериментально зависимость 
от T можно определить ширину запрещённой зоны и температурный коэффициент сопротивления термистора.
ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Схема измерительной установки приведена на рисунке 11.
С помощью обогревателя 1 повышается температура полупроводника 2, контроль температуры осуществляется термопарой 3.
А. Статическая вольт-амперная характеристика снимается путём измерения зависимости тока от напряжения 
при постоянной температуре. Данные заносятся в таблицу 1.
Сопротивление полупроводника определяется по графику , построенному по данным таблицы 1.
 Рис. 11. |
Таблица 1
| № измерения |  | I  |  |  |  |
В. Зависимость силы тока от температуры снимается в процессе медленного нагревания полупроводника. Данные заносятся в таблицу 2. Прологарифмировав выражение (1) получим:
. (2)
|
|
Таблица 2.
Из (2) следует, что зависимость
представляет собой прямую с наклоном равным 
, где – ширина запрещённой зоны в эВ, – постоянная Больцмана 
. По данным таблицы 2 построить график зависимости 
от обратной температуры 
.
С. По результатам измерений и графику рассчитать ширину запрещённой зоны , коэффициент температурочувствительности: 
, температурный коэффициент сопротивления (TKR) равный:
(3)
Так как TKR зависит от температуры, то необходимо указать температуру, при которой коэффициент определён. Сравнить результат, полученный из (3) с вычислением по формуле:
(4)
Результаты записать в таблицу 3.
Таблица 3
 |  |  |  |
Проанализировать результаты, сделать вывод.
Параметры терморезистора: 
; 
.
Контрольные вопросы
1. Объясните механизм проводимости в полупроводниках.
2. Как объясняется электрическое сопротивление полупроводников?
3. Как изменяется (увеличивается или уменьшается) с ростом температуры электрическое сопротивление:
4. - металлов,
5. - полупроводников,
6. - электролитов.
7. Что называется температурным коэффициентом сопротивления? От чего он зависит? Единица измерения?
8. Объясните, как определяются в работе значения сопротивлений при t=00 C.
Литература
1. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3-х т. М.: Наука, 1982. Т.1.
2. Сивухин Д.В. Общий курс физики: Механика. М.: Наука, 1979.
3. Майсова Н.Н. Практикум по курсу физики.- М.: Высш. школа, 1970.
4. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. школа, 1985.
5. Хайкин С.Э. Физические основы механики.- М.: Наука, 1971
6. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1985.