Изучение температурной зависимости сопротивления полупроводников
Цель работы:Измерение электрического сопротивления полупроводникового образца в заданном температурном интервале и определение энергии активации (ионизации).
Приборы и оборудование:терморезистор,термостат, электронный омметр, термопара или термометр.
Теоретическая часть.
Теплоэлектрический полупроводниковый прибор, использующий зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры, называется термисторомили терморезистором.
Малые габариты, небольшая масса, высокая механическая прочность и надежность, большой срок службы и высокая чувствительность терморезисторов определили широкое практическое применение их в приборах для измерения и регулировки температуры, измерения мощности электромагнитного излучения, вакуума, скорости потока жидкостей и газов, различных реле времени и т.д.
Практически при исследованиях температурной зависимости полупроводников часто пользуются не проводимостью, а сопротивлением полупроводника. Зависимость сопротивления полупроводникового терморезистора от температуры имеет вид
Измерив температурный ход сопротивления полупроводника в определенном интервале температур, можно определить энергию активации ΔΕ.
Пусть при каких-либо двух температурах Т1 и Т2
;
.
Прологарифмируем эти выражения
;
.
Найдем разность логарифмов сопротивлений
и получим выражение для определения энергии активации
Экспериментальная установка. Исследуемый образец представляет собой полупроводниковое термосопротивление ТС, помещенное в термостат, питаемый от сети переменного тока (рис.1). Температура измеряется термометром. Универсальный вольтметр служит для измерения сопротивления R терморезистора.
Рис. 1.
Измерения
1. Включить нагреватель.
2. Измерить сопротивление образца в интервале температур 20 - 100˚ С c шагом 4˚.
3. Результаты занести в таблицу
| t˚, C | T, K | 1/T, K-1 | R, Ом | ln R |
4. Построить график зависимости lnR = f (1/Т).
5. Вычислить ΔΕ (в эВ) для участка, указанного преподавателем.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие квантовые числа описывают состояние микрочастицы?
2. Чем определяется электронное состояние изолированного атома?
3. Объясните процесс образования энергетических зон в твердом теле.
4. От чего зависит ширина разрешенной зоны и число уровней в ней?
5. Какова зонная структура проводника, полупроводника и изолятора?
6. Объясните механизм собственной и примесной проводимости полупроводников.
7. Какие приборы называются терморезисторами и где они применяются?
8. Объясните, как зависит от температуры сопротивление полупроводника?
9. В чем отличие температурной зависимости сопротивления полупроводника в случае собственной и примесной проводимости?
10. Нарисуйте график зависимости lnR от 1/T для примесного полупроводника.
11. Получите выражение для энергии активации.
ЛАБОРАТОРHАЯ РАБОТА 6.7