№ 70 (1107950)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 70ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯПОЛУПРОВОДНИКОВЛаб. работу поставила ст. преп. Овчинникова Т.Л.Москва 2012 г.Подготовил методическое пособие к изданию доц. Авксентьев Ю.И.3ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЦельработыопределениетемпературнойзависимостиэлектросопротивления и ширины запрещенной зоны E полупроводников.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СООТНОШЕНИЯИзвестно, что электропроводность металлов  = en, где е -зарядэлектрона, n - концентрация, или число электронов в единице объема,  подвижность, т.е. отношение скорости упорядоченного движения электронов квеличине напряженности электрического поля.Для полупроводников электропроводность = enn + epp,(1)здесь n - концентрация свободных электронов, n - их подвижность, p концентрация дырок в валентной зоне, p - подвижность дырок.Температурная зависимость электропроводности любого материалаопределяется температурными зависимостями концентрации носителей тока иих подвижности.И в полупроводниках, и в металлах подвижность носителей токауменьшается с ростом температуры.

Однако в металлах концентрациясвободных электронов n неизменна и поэтому температурная зависимостьэлектропроводности целиком определяется температурной зависимостьюподвижности, т.е. с ростом температуры электропроводность металловуменьшается.В полупроводниках зависимость количества электронов в зоне проводимостии дырок в валентной зоне описывается распределением Больцмана:1n = n0 exp(-E/2kT) ,(2)(-E/2kT)p = p0 exp,(3)где E - ширина запрещенной зоны, или энергия активации, k - постояннаяБольцмана, Т - абсолютная температура, n0 и p0 - концентрации электронов идырок при Т = 0 К.По сравнению с сильной зависимостью концентрации носителей тока оттемпературы, температурная зависимость подвижности  полупроводников играетслабую роль. Таким образом, можно считать, что электропроводностьполупроводников в первом приближении растет с увеличением температурыпримерно по тому же закону, что и концентрация электронов и дырок (2), (3).Экспериментально обычно определяется не электропроводность, а обратная ей1Этой функцией, например, определяется зависимость числа частиц массы mв единице объема от высоты h в поле силы тяжести4величина  - удельное электросопротивление.

Удельное электросопротивлениесвязано с электропроводностью соотношением = 1/ .(4)Тогда зависимость удельного электросопротивления от температуры будетиметь вид = сonst  exp (  E/2kT) .(5)Итак, в полупроводниках с ростом температуры электросопротивлениебыстро уменьшается (по экспоненциальному закону), в то время как в металлахоно относительно медленно растет (обычно по линейному закону).Температурная зависимость электросопротивления полупроводниковизображается обычно на графиках в полулогарифмических координатах.

Еслипрологарифмировать выражение (5), то оно примет видln  = ln const + E/2kT .(6)Откладывая на графике по оси ординат значения ln , а по оси абсцисссоответствующие значения 1/T, получим прямую, для которой tg  = E/2k ,где  - угол наклона этой прямой к оси абсцисс. Зная наклон прямой, получимважнейшую характеристику полупроводников - ширину запрещенной зоныE = 2k tg .(7)ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИПриборы и принадлежности: два цифровых вольтметра В7-27 (один для измерения электросопротивления, другой - для измерения температуры);лабораторный автотрансформатор ( ЛАТР ); амперметр; печь; стеклянная трубкас образцом.Для нахождения температурной зависимости электросопротивленияполупроводников, образец германия с нанесенными нанем контактами помещается в стеклянную трубку.Сопротивление образца измеряется с помощьювольтметра В7-27, который, кроме напряжений,позволяет измерять электросопротивление образцов.Стеклянная трубка с образцом вставляется вэлектронагревательную печь (на рис.1 дана схемапитания электропечи).Токпечирегулируетсялабораторнымавтотрансформатором ( ЛАТР ) и измеряетсяамперметром.

Температура образца определяется с помощью температурного датчика, расположенного внепосредственной близости от него ( 0,5 мм ). Данный температурный датчикустроен таким образом,что на цифровом табло вольтметраВ7-27,измеряющего температуру, сразу высвечиваются значения температуры вградусах Цельсия.5Порядок измерений1. Включите вольтметр В7-27, измеряющий электросопротивление образца,установив тумблер СЕТЬ в верхнее положение. При этом должны высветитьсяцифры индикаторного табло.2.

Установите переключатель рода работ и пределов измерений в положение1 .3. Подсоедините к гнездам U= , R и 0 вольтметра В7-27, измеряющегоэлектросопротивление образца, измерительный кабель.4. Включите вольтметр В7-27, предназначенный для измерения температурыобразца, установив тумблер СЕТЬ в верхнее положение.5. Соберите цепь электропечи согласно рис. 1 (Установите стрелку ЛАТР-а нанулевую отметку).6.

Включите печь, подсоединив клеммы СЕТЬ 220 ЛАТР-а к розетке 220 В,находящейся на столе.Указание: Переключатель пределов измерений на амперметре,измеряющем ток печи, должен стоять в положении 1А.7. Ручкой ЛАТР-а установите ток печи 0,45 А и нагрейте образец до температурыне ниже 75°С (время нагрева около 30 мин ).8. При данном значении тока печи снимите показания вольтметров,измеряющих электросопротивление образца и его температуру, занесите показания втабл.1.9. Увеличивая ток в печи примерно на 0,03 А и выдерживая каждуютемпературу 10 мин, снимите температурную зависимость электросопротивленияобразца.Указание: Максимальное значение тока в печи не должнопревышать 0,7 А.10. По окончании работы ручку ЛАТР-а установите в нулевое положение.11.

Установите тумблер СЕТЬ вольтметров В7-27 в нижнее положение.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ1. Зная электросопротивление образца и его размеры ( l = 1,11 см, s = 0,17 см2 ),определите удельное сопротивление образца германия при каждой исследуемойтемпературе (  = R S /L ). Полученные значения занесите в табл.1.2. Постройте график зависимости удельного электросопротивления  отабсолютной температуры Т, откладывая по оси абсцисс значения Т, а по осиординат - .3. Постройте график, откладывая по оси ординат ln , а по оси абсцисс 1/T.6Определите tg ( tg  ln ) угла наклона получившейся прямой к оси абсцисс.1T4.

По формуле (7) вычислите ширину запрещенной зоны Е исследуемогополупроводника2.5. Оцените погрешность полученного результата.Таблица 1J(A)………R (Ом) (Ом см)ln T = t0(C) + 273 (K)1/T (K-1)Вопросы для самопроверки1. Какова природа носителей тока в полупроводниках?2. Запишите выражение, определяющее связь между удельнымсопротивлением ρ и удельной проводимостью σ.3.

Дайте определение подвижности носителей тока в проводниках.4. Дайте объяснение различному характеру зависимости сопротивления оттемпературы металлов и полупроводников.5. Какой физический смысл имеет понятие - энергия активацииполупроводников?ЛИТЕРАТУРАСавельев И.В. Курс общей физики: Учеб. Пособие. В 5 кн. Кн.5. Квантоваяоптика. Атомная физика.

Физика твердого тела. Физика атомного ядра иэлементарных частиц - 4-е изд., перераб. - М.: Наука. Физматлит. 1998. - 368 с.Глава 8. Электропроводность металлов и полупроводников§ 8.2. Энергетические зоны в кристаллах.§ 8.6. Электропроводность полупроводников.Для того, чтобы получить значение величины E в электрон-вольтах, нужновзять значение постоянной Больцмана k = 8,6210-5 эВ/K.27.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы