Лабораторная работа № 7. Изучение температурной зависимости электросопротивление металлов и полупроводников

Изучение температурной зависимости электросопротивление металлов и полупроводников.

Цель работы: 1. Исследовать зависимость сопротивления металлического образца от температуры и определить термический коэффициент сопротивления.

2.Исследовать зависимость сопротивления полупроводникового образца от температуры и определить энергию активации

Основные.указания

Для выполнения данной работы студентам необходимо детально ознакомиться с теорией электропроводности кристаллов

Особое внимание следует обратить на различие величины удельной электропроводимости ; у металлов , у полупроводников у диэлектриков .

Важно помнить, что качественное объяснение такого широкого спектра изменения величины удельной электропроводимости различных кристаллических тел заключается в следующем. Энергетический спектр электронов в кристалле имеет зонную структуру, т.е. области разрешенных значений энергий разделены интервалами запрещенных энергий. Последнюю, заполненную полностью или частично, зону называют валентной (В.З.), выше валентной имеется полностью свободная от электронов зона, которую называют зоной проводимости (3.Пр.) (Рис.1).

Движение электронов в кристалле сопровождается процессом его перехода из одного квантового состояния в другое. В металлах такие переходы осуществляются при любой температуре. В диэлектриках и полупроводниках при T=O такие переходы невозможны, т.к. валентная энергетическая зона заполнена полностью, При повышении температуры электроны получают дополнительную энергию и могут перейти из валентной зоны в зону проводимости. Ширина запрещенной зоны (3.3.) ; называется энергией активации.

Следует иметь в виду, что электрический ток в полупроводниках обусловлен одновременным переходом электронов и в зоне проводимости, и в валентной зоне. При перемещении электронов валентной зоны вверх по шкале энергий освобождающийся энергетический уровень движется вниз. Такой уровень отождествляется с фиктивной частицей - дыркой, которая имеет заряд, равный по величине заряду электрона, но противоположного знака.

Для металлов температурная зависимость удельной электропроводимости , где е- заряд электрона, n. - концентрация электронов, определяется зависимостью подвижности электронов

от средней длины свободного пробега , т.к. число свободных электронов и их скорость v не зависят от температуры.

Необходимо помнить, что вероятность рассеяния электронов пропорциональна числу фотонов, которое при температурах выше температуры Дебая пропорционально температуре. Поэтому средняя длина свободного пробега с ростом температуры уменьшается, подвижность электронов падает, а сопротивление растет

,

где - сопротивление образца при 0°С; - термический коэффициент сопротивления.

Следует знать, что в полупроводниках от температуры зависят: число электронов и дырок , длина свободного пробега и скорость движения.электронов .

Окончательно

Здесь - постоянная Больцмана.