Методика проведения эксперимента
В качестве полупроводникового образца в стенде С3-ТТ01 установлен терморезистор. Для нахождения сопротивления терморезистора можно воспользоваться методом амперметра-вольтметра по закону Ома.
(11)
Для проведения измерений электрическая схема представлена на рис. 3. Т. к. измеряемое сопротивление R намного меньше внутреннего сопротивления вольтметра, то вольтметр подключен параллельно измеряемому сопротивлению.
Рис. 3
Т.к. при нагревании сопротивление полупроводникового образца может уменьшиться в
несколько раз, то необходимо в схеме использовать ограничивающее сопротивление Rогр .
Выполнение работы.
1. Собрать электрическую цепь согласно рис. 3.
2. Снять ВАХ ( U=f(I) ) полупроводникового образца при двух различных температурах образца. Рекомендуемые значения температуры Т=300К и Т=360К. Рекомендуемый диапазон изменения тока 0 – 5 мА c шагом 0,5 мА.
3. Заполнить таблицу 1.
Таблица 1.
| I, мА | 0,5 | 1,5 | 2,5 | 3,5 | 4,5 | |||||||
| Т=300К | U, В | |||||||||||
| Т=360К |
4. Построить графики U=f(I).
5. Снять зависимость напряжения полупроводникового образца от температуры U=f(T) при постоянном токе I=const. Рекомендуемое значение 1 мА. Т.к. схема питается от генератора напряжения, то при нагреве образца ток может изменяться. По этому необходимо перед каждым измерением установить требуемое значение тока. Для уменьшения влияния изменяющейся нагрузки на величину выходного тока можно в генераторе ГН1 включить внутреннее сопротивление (680 Ом).
6. Рассчитать по закону Ома (11) сопротивление полупроводникового образца при различных температурах.
7. Заполнить таблицу 2.
8. Найти натуральные логарифмы lnR численных значений сопротивления, выраженного в Ом, а так же величины 1/Т, обратные абсолютной температуре термистора, и занести эти данные в таблицу 2.
9. По данным таблицы построить график зависимости. При правильных измерениях и вычислениях согласно формуле (7) эта зависимость должна быть близка к линейной (рис. 4).
10. Выбрать на графике наиболее близкий к линейному участок и определить согласно выбранным масштабам соответствующие интервалы величин Δ(lnR) и D(1/T).
11. По формуле (10) вычислить ширину запрещенной зоны полупроводникового материала термистора. Перевести результат в электрон-вольты. k=1.38·10-23 Дж/K=0.8610-4 эВ/K – постоянная Больцмана
Таблица 2.
| № | T, K | (1/T) K-1 | U, В | R, Ом | lnR | ΔW |
.
Рис. 4
Контрольные вопросы.
1. Какие материалы относятся к полупроводниковым?
2. Объяснить механизм проводимости полупроводников с позиций классической электронной и зонной (квантовой) теорий.
3. Указать особенности температурной зависимости проводимости металлов и полупроводников и объяснить их.
4. Почему к электронам проводимости в полупроводниках можно применять классическое распределение Больцмана, а к электронному газу в металлах - нельзя?
5. Вывести формулу температурной зависимости проводимости полупроводников.
6. Обсудить возможные причины отклонений экспериментальной зависимости от теоретически найденной линейной.
7. В чем отличие ВАХ металлического образца от ВАХ полупроводника.