Изучение температурной зависимости сопротивления полупроводников

Цель работы: Измерение электрического сопротивления полупроводникового образца в заданном температурном интервале и определение энергии активации (ионизации).

Приборы и оборудование: терморезистор, термостат, электронный омметр, термопара или термометр.

Теоретическая часть.

Теплоэлектрический полупроводниковый прибор, использующий зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры, называется термисторомили терморезистором.

Малые габариты, небольшая масса, высокая механическая прочность и надежность, большой срок службы и высокая чувствительность терморезисторов определили широкое практическое применение их в приборах для измерения и регулировки температуры, измерения мощности электромагнитного излучения, вакуума, скорости потока жидкостей и газов, различных реле времени и т.д.

Практически при исследованиях температурной зависимости полупроводников часто пользуются не проводимостью, а сопротивлением полупроводника. Зависимость сопротивления полупроводникового терморезистора от температуры имеет вид

Измерив температурный ход сопротивления полупроводника в определенном интервале температур, можно определить энергию активации ΔΕ.

Пусть при каких-либо двух температурах Т₁ и Т₂

;

.

Прологарифмируем эти выражения

;

.

Найдем разность логарифмов сопротивлений

и получим выражение для определения энергии активации

Экспериментальная установка. Исследуемый образец представляет собой полупроводниковое термосопротивление ТС, помещенное в термостат, питаемый от сети переменного тока (рис.1). Температура измеряется термометром. Универсальный вольтметр служит для измерения сопротивления R терморезистора.

 

Рис. 1.

Измерения

1. Включить нагреватель.

2. Измерить сопротивление образца в интервале температур 20 - 100˚ С c шагом 4˚.

3. Результаты занести в таблицу

t˚, C

T, K

1/T, K-1

R, Ом

ln R

4. Построить график зависимости lnR = f (1/Т).

5. Вычислить ΔΕ (в эВ) для участка, указанного преподавателем.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие квантовые числа описывают состояние микрочастицы?

2. Чем определяется электронное состояние изолированного атома?

3. Объясните процесс образования энергетических зон в твердом теле.

4. От чего зависит ширина разрешенной зоны и число уровней в ней?

5. Какова зонная структура проводника, полупроводника и изолятора?

6. Объясните механизм собственной и примесной проводимости полупроводников.

7. Какие приборы называются терморезисторами и где они применяются?

8. Объясните, как зависит от температуры сопротивление полупроводника?

9. В чем отличие температурной зависимости сопротивления полупроводника в случае собственной и примесной проводимости?

10. Нарисуйте график зависимости lnR от 1/T для примесного полупроводника.

11. Получите выражение для энергии активации.

 

ЛАБОРАТОРHАЯ РАБОТА 6.7