Описание метода и установки

Теплоэлектрический полупроводниковый прибор, использующий за­висимость проводимости (сопротивления) полупроводника от темпера­туры, предназначенный для регистрации изменения температуры окружающей среды, называется терморезистором или термистором. Материалами для изготовления терморезисторов служат оксиды различных металлов: меди, марганца, цинка и т.д. Область применения каждого типа терморезистора определяется его свойствами и параметрами: температурной характеристикой и коэффициентом сопротивления.

Зависимость проводимости полупроводникового материала от температуры называется температурной характеристикой. В данной работе для снятия температурной характеристики исследуемый полупроводниковый терморезистор помещен в нагревательную печь - трубчатый резистор. На одном уровне с ним находится ртутная головка термометра. В эксперименте измеряется сопротивление терморезистора с помощью мультиметра типа CI-I07.

Температура исследуемого образца определяется величиной протекающего через трубчатый резистор электрического тока, задаваемого с помощью тиристорного регулятора напряжения. Измерения проводят через каждые 10 градусов от комнатной температуры до 300°С, плавно изменяя напряжение. По полученным значениям вычисляют проводимость и строят графики , и , где - температура по шкале Кельвина.

В данном полупроводниковом терморезисторе в исследуемом интервале температур в измеряемые значения сопротивления (и проводимости) подвижности носителей вносят пренебрежимо малый вклад. Поэтому сопротивление терморезистора определяется только примесной и собственной проводимостями. В соответствии с этим обстоятельством проводимость представляет собой сумму двух экспонент

, (23)

, , (23а)

где и - условные собственная и примесная проводимости при . Для того, чтобы определить энергии активации и , необходимо разделить экспоненты. Поскольку , то при больших значениях (низких температурах) вклад в обусловлен практически только второй экспонентной в (23) - . В зависимости эта экспонента представляет собой прямую линию со стороны больших значений (рис.2). Наклон этой прямой определяется энергией активации , которая Энергия вычисляется по формуле

, (24)

где приращение, полученное при изменении обратной температуры на (см. рис.2).

Для выделения другой компоненты проводимости необходимо продолжить прямую линию (прямую I на рис.2), проходящую через точки при больших значениях (малых значениях температуры), в сторону малых значений обратной температуры. Эта линия соответствует второй экспоненте в (23). Для выделения первой компоненты теперь надо из результирующей зависимости вычесть .

. (25)

Построив зависимость (прямая 2 на рис. 2), вычисляют энергию активации .

Температурный коэффициент сопротивления показывает относительное изменение абсолютной величины сопротивления при изменении температуры на 1K и определяется формулой

(26)

При низких температурах (при больших 1/Т), когда проводимость полупроводника определяется наличием примеси, первым слагаемым в (23) можно пренебречь и

, (27)

или

, (28)

Подставляя (28) и (27) в (26), получим

. (29)

Таким образом, при низких температурах для прямолинейного участка зависимости значение коэффициента может быть вычислено по формуле (29).