Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Теоретические положения. Исследование зависимости сопротивления собственных полупроводников от температуры.Стр 1 из 3Следующая ⇒
Лабораторная работа № 5 Исследование зависимости сопротивления собственных полупроводников от температуры.
Цель работы: исследование зависимости сопротивления полупроводника от температуры.
Теоретические положения. К полупроводникам относят вещества, обладающие следующими свойствами: 1. Значение удельного электрического сопротивления может изменяться в широком интервале от 10-5 до 108 Ом·м. 2. С повышением температуры электрическое сопротивление таких веществ уменьшается. 3. При контакте с металлом или другим полупроводником наблюдается выпрямляющий эффект (неомическое поведение контакта). Типичными представителями полупроводников являются кремний, германий, теллур. На внешней оболочке атомов кремния и германия находятся четыре валентных электрона, которые ковалентными связями связаны с валентными электронами соседних атомов кристалла. При абсолютном нуле температуры все электроны связаны со своими атомами, и проводимость отсутствует, т.к. отсутствуют свободные носители заряда. При Т > 0 К за счет хаотического теплового движения некоторые электроны могут приобрести энергию, достаточную для разрыва связи со своим атомом. Такие электроны могут перемещаться по всему объему кристалла и становятся электронами проводимости. В оставленных ими местах – вакансиях – образуется избыток положительного заряда. Во внешнем электрическом поле такая вакансия перемещается подобно положительному электрическому заряду – дырке (hole). Электропроводность собственных полупроводников обусловлена двумя типами носителей заряда: отрицательно заряженными электронами и положительными дырками. Концентрации электронов и дырок одинаковы и растут с повышением температуры по закону: - энергия активации собственной проводимости – минимальная энергия, необходимая для разрыва связи электрона с атомом. Поскольку удельное электрическое сопротивление обратно пропорционально концентрации свободных носителей, постольку оно с повышением температуры уменьшается по экпоненциальному закону: (1)
Описание методики измерений.
Значение электрического сопротивления зависит как от свойств материала образца, так и от размеров его: - длина; S – площадь поперечного сечения. Изменение сопротивления при изменении температуры характеризуют термическим коэффициентом сопротивления (ТКС): - значение сопротивления при данной температуре Т; dR – изменение сопротивления при изменении температуры на dT. ТКС показывает, на какую долю от первоначального изменяется сопротивление при изменении температуры на один градус. Для металлов , т.е. с ростом температуры сопротивление проводников увеличивается. Для полупроводников , т.е. с повышением температуры их сопротивление уменьшается.
Сопротивление собственных проводников в соответствии с (1) при увеличении температуры уменьшается по экспоненциальному закону (рис.3): (2) В – некоторая постоянная для данного полупроводника, имеющая размерность сопротивления. - энергия активации собственной проводимости; Т = t°C +273, К – абсолютная температура; Дж/К – постоянная Больцмана. Для экспериментального определения значения Δ Е соотношение (2) логарифмируют: (3) Произведя замену переменных: получаем уравнение прямой (рис.4):
Угловой коэффициент полученной прямой: Значение Δ Е можно определить по двум наиболее удаленным точкам графика, соответствующим парам значений температуры и сопротивления: (4) (5) Вычитая (5) из (4): (6)
|