В.в. черный, в.э. малаховская

В.В. ЧЕРНЫЙ, В.Э. МАЛАХОВСКАЯ

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И МЕТАЛЛОВ

Рекомендовано УМО по образованию в области приборостроения в качестве учебно-методического пособия для студентов специальностей

1-38 02 01Информационно-измерительная техника

1-38 02 03Техническое обеспечение безопасности

Минск

БНТУ

УДК 537.311.322(075.8)

ББК 30.121.я7

Ч-49

Составители:

В.В. Черный, В.Э. Малаховская.

Рецензенты:

Кафедра физики полупроводников и наноэлектроники БГУ,
С.В. Малый

Ч 49 Температурная зависимость сопротивления

Полупроводников и металлов

/сост В.В. Черный, В.Э. Малаховская . ‒Минск: БНТУ,

2014. 33 с.

Учебно-методическое пособие содержит основы теории электропроводности полупроводников и металлов. Объясняется наблюдаемая на опыте зависимость сопротивления этих материалов от температуры. Приведено описание экспериментальной установки для изучения температурной зависимости сопротивления металлов и полупроводников. На основании изложенного определяется важнейшая характеристика полупроводника – ширина запрещенной зоны и температурный коэффициент удельного сопротивления металла.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов инженерных специальностей, изучающих раздел “ Электричество и магнетизм ” курса общей физики.

УДК 537.311.322(075.8)

ББК 30.121.я7

© БНТУ, 2014

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И МЕТАЛЛОВ

Цели работы:

1. Изучить основы классической теории электропроводности металлов.

2. Изучить основы зонной теории твердых тел.

3. Изучить основы квантовой теории электропроводности металлов и полупроводников.

Задачи работы:

1. Экспериментально исследовать температурные зависимости сопротивления меди и германия, качественно их сравнить.

2. Определить ширину запрещенной зоны германия и температурный коэффициент сопротивления меди.

Задание

1.Измерить зависимость сопротивления меди и германия от температуры. Измерения сопротивления проводить через каждые 5^оС в области от комнатной температуры до 100^оС. Полученные результаты занести в таблицу 1. На основании данных таблицы 1 построить графики зависимостей R_Cu(T^oC) и R_Ge(T^oC).

Таблица 1

ToC	RCu, кОм	RGe, кОм

2.Определить ширину запрещенной зоны германия, для чего:

2.1 Заполнить таблицу 2. В расчетных данных для Ln(1/R_Ge) и 1/T приводить три значащих цифры.

2.2 По данным таблицы 2 построить график зависимости Ln(1/R_Ge) от ( ), аналогичный тому, который представлен на рис. 12.

2.3 Для данных, соответствующих области 50-100⁰С, провести на графике усредненную прямую.

2.4 Выбрать на прямой точки 1 и 2 и определить координаты этих точек.

2.5 Определить тангенс угла наклона прямой по формуле (32).

2.6 Рассчитать ширину запрещенной зоны германия по формуле (31). Постоянная Больцмана k = 1,38∙10^-23 Дж/K

3.Определить температурный коэффициент сопротивления меди, для чего:

3.1 Построить график зависимости сопротивления катушки из медной проволоки от температуры по шкале Цельсия. За начало оси температур принять = 0^оС.

3.2 Провести усредняющую прямую.

3.3 Выбрать на прямой точки 1 и 2 и определить величины , , , .

3.4 Продолжить усредняющую прямую до пересечения с осью ординат и определить величину .

3.5 Провести расчет по формуле (34).

Таблица 2

ToC	T, K	1/T, K-1 (3 знача- щих цифры)	RCu, кОм	1/RGe, (кОм)-1	Ln(1/RGe) (3 знача- щих цифры)

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте основные положения, лежащие в основе классической теории электропроводности.

2. Получите формулу для плотности тока. Какие величины определяют удельное сопротивление?

3. Что такое средняя длина свободного пробега электрона и подвижность?

4. Как зависит от температуры удельное сопротивление металлов?

5. Что такое валентная зона, запрещённая зона и зона проводимости?

6. Что такое металлы, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории?

7. Какие электроны дают вклад в электропроводность, теплопроводность и теплоёмкость металлов?

8. Как зависит от температуры концентрация носителей заряда в собственном и примесном полупроводниках?

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 2. – М.: КНОРУС, 2012, с. 262 – 272.

2. Савельев И.В. Курс общей физики, т .3. – М.: КНОРУС, 2012, с. 213 –. 245

3. Наркевич И.И. Физика: Учеб./ И.И. Наркевич, Э.И. Волмянский, С.И. Лобко. – Мн.: Новое знание, 2004, с. 320 – 325, 563 – 581.

4. Трофимова Т.И.Курс физики: учеб. пособие для вузов./ Т.И. Трофимова. – М.: «Академия», 2007, с. 186 – 191, 441 – 459.

В.В. ЧЕРНЫЙ, В.Э. МАЛАХОВСКАЯ