Описание измерительной установки. Принципиальная схема измерительной установки приведена на рис
Принципиальная схема измерительной установки приведена на рис. 2.4. От источника питания через регулятор тока на токозадающие зонды 1 и 4 образца поступает постоянное напряжение смещения. Величина тока, протекающего через образец, задается с помощью резистора R и измеряется миллиамперметром (mА). Разность потенциалов между зондами 2 и 3 измеряется с помощью вольтметра (mV1).
Для проведения измерений при повышенной температуре образец вместе с зондовым устройством помещен в нагреватель, температура которого регулируется блоком управления, вмонтированным в макет установки. Измерение температуры нагревателя производится с помощью термопары ТП и милливольтметра (mV2), шкала которого проградуирована в градусах Цельсия. Нагреватель через контакты управляющего реле питается переменным током от сети 220 В.
Рис. 2. 4. Принципиальная схема измерения электропроводности
полупроводников четырехзондовым методом
Порядок выполнения работы
Перед включением установки в сеть получить у преподавателя описание измерительной установки и ознакомиться с ним, убедиться, что все переключатели и тумблеры находятся в выключенном положении.
Измерение температурной зависимости проводимости
1.1. Включить установку в сеть 220 В;
1.2. Соответствующим тумблером осуществить выбор исследуемого образца;
1.3. Ознакомиться с градуировкой милливольтметра;
1.4. При комнатной температуре произвести измерения тока, протекающего между токовыми зондами, и падения напряжения между измерительными потенциальными зондами;
1.5. Рассчитать удельную проводимость исследуемого полупроводника при комнатной температуре, получив у преподавателя его геометрические размеры;
1.6. Включить нагрев образца соответствующим тумблером и выполнить измерения через каждые 10°С вплоть до Т= 190°С;
Результаты измерений тока I через образец, температуры образца Т и напряжения U занести в табл. 2.1.
Т а б л и ц а 2.1
| Т,°C | Т,К | 103/Т, К-1 | ln (Т,К) | I, мА | U, мВ | γ, Ом-1м-1 | ln(γ, Ом-1м-1) |
Расчет энергетических параметров полупроводника
2.1. Произведя соответствующие расчеты, построить зависимость ln γ = f(1/Т);
2.2. Определить ширину запрещенной зоны исследуемого материала;
2.3. Высказать предположение и обосновать его: какой из известных полупроводниковых материалов исследовался в данной работе;
2.4. Сделать вывод о доминирующем механизме рассеяния в области истощения примесей, построив соответствующий участок кривой в координатах lnγ=f(lnT).
Справочные данные для проведения расчетов энергетических параметров полупроводника приведены в табл. 2.2 и 2.3.
Т а б л и ц а 2.2
| Наименование параметра | Обозначение | Величина |
| Заряд электрона | е | -1,6·10-19 Кл |
| Постоянная Больцмана | k | 8,62·10-5 эВ/К |
| Постоянная Планка | h | 6,63·10-34 Дж·с |
| Масса покоя электрона | m0 | 9,10·10-28 г |
| Эффективная масса электрона в германии | mn* | 0,56 m0 |
| Эффективная масса дырки в германии | mр* | 0,35 m0 |
Т а б л и ц а 2. 3
| Полупроводник | Обозначение | ∆W, эВ |
| Германий | Ge | 0,66 |
| Кремний | Si | 1,12 |
| Арсенид галлия | GaAs | 1,43 |
| Фосфид индия | InР | 1,35 |
Содержание отчета
Отчет должен включать:
1. Цель работы.
2. Схему установки.
3. Расчетные формулы и соотношения, используемые в работе.
4. Таблицу с измеренными и рассчитанными величинами.
5. Примеры расчета по соответствующим формулам.
6. Графики зависимостей lnγ =f( 1/Т) и lnγ=f(lnT).
7. Расчет значений ∆W и χ.
8. Величину Тi (и, если возможно, Тs).
9. Расчет NД(А) по величине Тi.
10. Выводы по полученным данным.
Контрольные вопросы
1. Какие носители заряда присутствуют в полупроводниках?
2. Каков преимущественный вид носителей заряда в случае донорных и в случае акцепторных примесей?
3. Как Вы понимаете термин «зона проводимости»?
4. В каких пределах лежит ширина запрещенной зоны полупроводников?
5. Чем определяется температурная зависимость электропроводности полупроводника?
6. Почему собственная проводимость в полупроводнике появляется при более высоких температурах, чем примесная?
7. Почему именно зависимость концентрации свободных носителей от температуры определяет характер зависимости проводимости полупроводника от температуры?
8. Какие существуют виды рассеяния носителей заряда?
9. В чем состоит особенность четырехзондового метода измерения электропроводности?
10. Какие энергетические параметры полупроводника можно определить по температурной зависимости удельной проводимости?
11. Как определить концентрацию примесей в полупроводнике?
12. Как определить тип рассеяния носителей заряда?