Теоретичні відомості. 1. В чому полягає тунельний ефект?

Лабораторна робота № 67

Контрольні питання

1. В чому полягає тунельний ефект?

2. Що таке рівень Фермі?

3. Як формується ВАХ тунельного діода?

4. Де використовуються тунельні діоди?

Вивчення залежності електропровідності напівпровідників від

температури

Прилади та обладнання: Джерело постійного струму, вольтметр, амперметр, нагрівач зразка, термометр, зразок напівпровідника.

Тверді тіла по електричним властивостям можуть бути розподілені на три класи: метали, напівпровідники та ізолятори. Напівпровідники займають проміжне місце по значенню питомої електропровідності між металами та ізоляторами. Але не це виділяє напівпровідники в особливий клас речовин і забезпечує їм різне пристосування. Основною і характерною властивістю напівпровідників є те, що їх електропровідність значно змінюється під дією температури, освітлення і т. д. Електропровідність напівпровідників з підвищенням температури суттєво збільшується, тому що зростає кількість рухомих носіїв заряду: електронів і дірок. При підвищенні температури електрони переходять із валентної зони в зону провідності, кількість дірок при цьому збільшується (рис. 1а).

Концентрація носіїв заряду зростає з температурою за законом

Рис. 1

де ширина забороненої зони, стала Больцмана, абсолютна температура.

Провідність, виникаюча в результаті переходу електронів з верхніх рівнів валентної зони у зону провідності, називається власною. Якщо до провідника додати домішку, то в забороненій зоні утворюються додаткові енергетичні рівні. Для нас цікаві ті домішки, які розміщуються поблизу зони провідності (донорна домішка) або поблизу валентної зони (акцепторна домішка) (рис. 1 б, в). З підвищенням температури концентрація електронів і дірок провідності зростає відповідно

де різниця енергій рівнів домішки і зони провідності (енергія іонізації), різниця енергії рівнів домішки і валентної зони.

При наявності домішок в напівпровіднику провідність при низьких температурах буде, в основному, зумовлена електронами або дірками домішки, тому що і .

При підвищенні температури концентрація домішкових носіїв досягає насищення. Це означає, що заповнюються всі донорні або всі акцепторні рівні. Подальше зростання температури приводить до більшого впливу власної провідності. Тому електропровідність напівпровідника складається із власно і домішкової

,

де енергія іонізації атома домішки, і - сталі для даного зразка.

При низьких температурах переважає другий доданок (домішкова провідність), при високих - перший (власна провідність).

Відповідно опір:

При низьких температурах

(1)

при високих температурах

(2)

Із формули (1) або (2) можна визначити або . Для цього прологарифмуємо формулу (2) і візьмемо два значення опору і при температурах і

Звідки (3)

Дата добавления: 2015-05-24