Теоретическое введение. 1. Провести исследование зависимости сопротивления полупроводника от температуры

ПОЛУПРОВОДНИКОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ.

РАБОТА 5. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Провести исследование зависимости сопротивления полупроводника от температуры

2.Определить энергию активации.

К полупроводникам относят широкий класс веществ, характеризующийся значением удельного сопротивления r, промежуточным между удельным сопротивлением металлов 10^-6 – 10^-8 Ом^. м и удельным сопротивлением диэлектриков 10 ¹⁰- 10¹² Ом м. При абсолютном нуле температуры полупроводники ведут себя как диэлектрики. Характерные полупроводниковые свойства кристаллов появляются при нагревании и при введении в них примесей.

Сопротивление полупроводников в отличие от металлов уменьшается с повышением температуры. В широком интервале температур эта зависимость имеет экспоненциальный характер:

R = A exp() (27)

где E _g - энергия активации или ширина запрещенной зоны, ее значение может быть равным от сотых долей электрон вольт (эВ) до 2-3 эВ; А - коэффициент, слабо зависящий от температуры, k – постоянная Больцмана.

Формула (27) показывает, что для валентных электронов в полупроводнике энергия связи с атомами порядка E_g. С увеличением температуры часть электронов, пропорциональная

ехр (), становится свободной и участвует в создании тока проводимости.

Связь электронов с атомами может быть разорвана и другими воздействиями на них: электрическим полем, облучением светом или более жестким электромагнитным излучением и т.д.

Все полупроводники можно условно разбить на две группы: элементарные – чистые (германий, кремний и т.д.) и полупроводниковые соединения (оксиды, сульфиды, двойные соединения элементов третьей и пятой групп периодической системы А^III В^V, например, арсенид галлия GaAs и т.д.).

Исследования показывают, что носители тока в полупроводниках имеют как отрицательный, так и положительный заряды. В результате разрыва связи с атомами электроны переходят в пространство кристаллической решетки и участвуют в токе проводимости как отрицательные носители тока. Разорванная связь вдали от свободного электрона становится положительным носителем тока – дыркой, блуждающим по кристаллу. В элементарных полупроводниках концентрации электронов и дырок равны, но их вклад в электропроводность не одинаков, так как подвижность носителей тока различна. Проводимость чистых элементарных полупроводников носит название собственной проводимости.

Источниками носителей тока в полупроводниковых соединениях могут быть атомы примеси, дефекты кристаллической решетки и т.д. Примеси, дефекты делятся на доноры и акцепторы. Доноры отдают в пространство кристаллической решетки избыточные электроны и создают электронную проводимость (полупроводники n-типа).

Акцепторы захватывают валентные электроны у атомов вещества, в кристаллической решетке которого они находятся, и создают дырочную проводимость (полупроводники р-типа).

Теоретическая модель проводимости полупроводников была разработана А. Вильсоном в 1931 году после создания квантовой теории твердого тела.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Схема установки и порядок проведения эксперимента те же, как и в работе 4. Сопротивление полупроводника измеряется здесь с помощью осциллографа С1-112.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ.

1.По экспериментальным данным построить график зависимости, откладывая по осям значения

lnR и 1/T. Линейный характер полученной зависимости свидетельствует об экспоненциальным

законе спадания сопротивления с увеличением температуры.

2.Значение энергии E _g может быть вычислено из формулы (27): если ее прологарифмировать, то

получим:

ln R = ln A + E _g / 2kT

Вводя обозначения: новые переменные lnR = y, 1/T = x и ln A = b, E _g /2k = a (28) - новые постоянные, приходим к зависимости вида y = ax + b.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.Что является носителями зарядов в металлах, в полупроводниках n и р - типа?

2.Что такое собственная и примесная проводимости полупроводников? За счет чего они

образуются?

3.Как объяснить полученную температурную зависимость сопротивления полупроводников?

(Сравнить с аналогичной зависимостью металлов).

ЛИТЕРАТУРА: [6. §166]

Дата добавления: 2015-06-04