Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет»
Национальный исследовательский университет
Факультет «Приборостроительный»
Кафедра «Конструирования и производства радиоаппаратуры»
ОТЧЁТ
по лабораторной работе №4
«Исследования температурной зависимости электропроводности
невырожденных полупроводников»
Выполнил:
студент группы ПС-399
Сысоев Д.А.
« » 2012 г.
Проверил:
Бухарин В.А.
« » 2012 г.
Челябинск 2012
Цель работы
Изучение физических явлений и закономерностей в невырожденных полупроводниках и в вырожденном электронном газе в металлах меди и константане, при изменении температуры окружающей среды;
Экспериментальное исследование зависимости электропроводности невырожденных полупроводников от температуры.
Используемые приборы
Нагревательная камера с термометром;
Вольтметр универсальный В7-16А;
Набор термисторов, установленных на плате;
Лабораторный макет.
Сема измерений
Рисунок 1 – Схема установки
Коэффициент температурной чувствительности термистора:
где В – коэффициент температурной чувствительности термистора, К;
R0 – сопротивление термистора при температуре T0, Ом;
R – сопротивление термистора при температуре T, Ом.
Температурный коэффициент сопротивления термистора:
где αRt – температурный коэффициент сопротивления термистора, K-1;
В – коэффициент температурной чувствительности термистора, К;
Т – температура, К.
Энергии ионизации:
EИ = 2kB,
где k – постоянная Больцмана, k = 1,38·10-23 Дж/К;
е – заряд электрона, e = 1, 6·10-19 Кл.
Результаты экспериментальных исследований
Таблица 1 – Зависимость сопротивления термисторов от температуры
Температура T, 0C |
Сопротивление R, Oм |
|||||
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R5 |
R6 |
|
20 |
40510 |
5000 |
550 |
1700 |
1110 |
14 |
30 |
29430 |
3900 |
330 |
1700 |
1110 |
13 |
35 |
22600 |
3000 |
270 |
1700 |
1110 |
13 |
40 |
17600 |
2500 |
190 |
1730 |
1110 |
13 |
45 |
13960 |
2190 |
170 |
1740 |
1110 |
12 |
Продолжение таблицы 1
50 |
11310 |
1900 |
150 |
1776 |
1110 |
12 |
55 |
9370 |
1560 |
130 |
1778 |
1110 |
11 |
60 |
7910 |
1530 |
120 |
1779 |
1110 |
10 |
65 |
6750 |
1360 |
110 |
1800 |
1110 |
10 |
70 |
5750 |
1320 |
100 |
1820 |
1100 |
9 |
75 |
4830 |
1290 |
100 |
1840 |
1100 |
9 |
80 |
3960 |
1160 |
90 |
1870 |
1100 |
8 |
85 |
3170 |
970 |
80 |
1920 |
1100 |
8 |
90 |
2530 |
810 |
80 |
1980 |
1100 |
8 |
95 |
2170 |
730 |
75 |
2010 |
1100 |
8 |
100 |
2090 |
680 |
70 |
2040 |
1100 |
8 |
Таблица 2 – Зависимость логарифма сопротивления термистора от обратной
величины температуры
1\T, K |
LnR1 |
LnR2 |
LnR3 |
LnR4 |
LnR5 |
LnR6 |
0,0500 |
10,609 |
8,517 |
6,310 |
7,438 |
7,012 |
2,639 |
0,0333 |
10,290 |
8,269 |
5,799 |
7,438 |
7,012 |
2,565 |
0,0286 |
10,026 |
8,006 |
5,598 |
7,438 |
7,012 |
2,565 |
0,0250 |
9,776 |
7,824 |
5,247 |
7,456 |
7,012 |
2,565 |
0,0222 |
9,544 |
7,692 |
5,136 |
7,462 |
7,012 |
2,485 |
0,0200 |
9,333 |
7,550 |
5,011 |
7,482 |
7,012 |
2,485 |
0,0182 |
9,145 |
7,352 |
4,868 |
7,483 |
7,012 |
2,398 |
0,0167 |
8,976 |
7,333 |
4,787 |
7,484 |
7,012 |
2,303 |
Продолжение таблицы 2
0,0154 |
8,817 |
7,215 |
4,700 |
7,496 |
7,012 |
2,303 |
0,0143 |
8,657 |
7,185 |
4,605 |
7,507 |
7,003 |
2,197 |
0,0133 |
8,483 |
7,162 |
4,605 |
7,518 |
7,003 |
2,197 |
0,0125 |
8,284 |
7,056 |
4,500 |
7,534 |
7,003 |
2,079 |
0,0118 |
8,061 |
6,877 |
4,382 |
7,560 |
7,003 |
2,079 |
0,0111 |
7,836 |
6,697 |
4,382 |
7,591 |
7,003 |
2,079 |
0,0105 |
7,682 |
6,593 |
4,317 |
7,606 |
7,003 |
2,079 |
После приведенных в таблице результатов, по полученным данным строим график:
Рисунок
2 – График зависимости lnR
(
)
Таблица 3 – Коэффициент температурной чувствительности термисторов
T, K |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
B6 |
303 |
13083,075 |
9693,712 |
45622,027 |
417,934 |
-5748,753 |
82997,521 |
308 |
6193,126 |
5640,756 |
10238,838 |
64,805 |
-891,399 |
12869,560 |
313 |
5575,850 |
4684,455 |
8680,463 |
-116,106 |
-490,333 |
7079,178 |
318 |
5283,448 |
4062,551 |
6717,843 |
-115,690 |
-341,510 |
5414,164 |
323 |
5065,491 |
3802,439 |
5775,425 |
-185,008 |
-263,894 |
4183,672 |
328 |
4870,794 |
3870,205 |
5280,100 |
-155,909 |
-216,246 |
3761,164 |
333 |
4696,333 |
3356,627 |
4753,770 |
-134,503 |
-184,018 |
3510,914 |
338 |
4554,003 |
3267,519 |
4400,607 |
-150,887 |
-160,767 |
3067,303 |
343 |
4462,639 |
2986,127 |
4161,244 |
-162,395 |
-120,273 |
2999,086 |
348 |
4433,824 |
2752,284 |
3762,001 |
-171,847 |
-108,733 |
2711,344 |
353 |
4471,823 |
2740,130 |
3661,937 |
-191,076 |
-99,461 |
2726,902 |
358 |
4560,016 |
2876,462 |
3609,502 |
-227,501 |
-91,847 |
2518,163 |
363 |
4650,168 |
3001,772 |
3359,429 |
-267,150 |
-85,484 |
2343,700 |
368 |
4615,480 |
2987,659 |
3256,178 |
-275,650 |
-80,086 |
2195,710 |
373 |
4407,976 |
2927,460 |
3177,321 |
-283,238 |
-75,450 |
2068,594 |
Таблица 4 – Температурный коэффициент сопротивления термисторов
T, K |
αRT1 |
αRT2 |
αRT3 |
αRT4 |
αRT5 |
αRT6 |
303 |
0,143 |
0,106 |
0,497 |
0,005 |
-0,063 |
0,904 |
308 |
0,065 |
0,059 |
0,108 |
0,001 |
-0,009 |
0,136 |
313 |
0,057 |
0,048 |
0,089 |
-0,001 |
-0,005 |
0,072 |
318 |
0,052 |
0,040 |
0,066 |
-0,001 |
-0,003 |
0,054 |
323 |
0,049 |
0,036 |
0,055 |
-0,002 |
-0,003 |
0,040 |
328 |
0,045 |
0,036 |
0,049 |
-0,001 |
-0,002 |
0,035 |
333 |
0,042 |
0,030 |
0,043 |
-0,001 |
-0,002 |
0,032 |
338 |
0,040 |
0,029 |
0,039 |
-0,001 |
-0,001 |
0,027 |
343 |
0,038 |
0,025 |
0,035 |
-0,001 |
-0,001 |
0,025 |
348 |
0,037 |
0,023 |
0,031 |
-0,001 |
-0,001 |
0,022 |
353 |
0,036 |
0,022 |
0,029 |
-0,002 |
-0,001 |
0,022 |
358 |
0,036 |
0,022 |
0,028 |
-0,002 |
-0,001 |
0,020 |
363 |
0,035 |
0,023 |
0,025 |
-0,002 |
-0,001 |
0,018 |
368 |
0,034 |
0,022 |
0,024 |
-0,002 |
-0,001 |
0,016 |
373 |
0,032 |
0,021 |
0,023 |
-0,002 |
-0,001 |
0,015 |
Таблица 5 – Энергия ионизации
T, K |
EИ1 , эВ |
EИ2 , эВ |
EИ3 , эВ |
EИ4 , эВ |
EИ5 , эВ |
EИ6 , эВ |
303 |
2,2568 |
1,6722 |
7,8698 |
0,0721 |
-0,9917 |
14,3171 |
308 |
1,0683 |
0,9730 |
1,7662 |
0,0112 |
-0,1538 |
2,2200 |
313 |
0,9618 |
0,8081 |
1,4974 |
-0,0200 |
-0,0846 |
1,2212 |
318 |
0,9114 |
0,7008 |
1,1588 |
-0,0200 |
-0,0589 |
0,9339 |
Продолжение таблицы 5
323 |
0,8738 |
0,6559 |
0,9963 |
-0,0319 |
-0,0455 |
0,7217 |
328 |
0,8402 |
0,6676 |
0,9108 |
-0,0269 |
-0,0373 |
0,6488 |
333 |
0,8101 |
0,5790 |
0,8200 |
-0,0232 |
-0,0317 |
0,6056 |
338 |
0,7856 |
0,5636 |
0,7591 |
-0,0260 |
-0,0277 |
0,5291 |
343 |
0,7698 |
0,5151 |
0,7178 |
-0,0280 |
-0,0207 |
0,5173 |
348 |
0,7648 |
0,4748 |
0,6489 |
-0,0296 |
-0,0188 |
0,4677 |
353 |
0,7714 |
0,4727 |
0,6317 |
-0,0330 |
-0,0172 |
0,4704 |
358 |
0,7866 |
0,4962 |
0,6226 |
-0,0392 |
-0,0158 |
0,4344 |
363 |
0,8022 |
0,5178 |
0,5795 |
-0,0461 |
-0,0147 |
0,4043 |
368 |
0,7962 |
0,5154 |
0,5617 |
-0,0475 |
-0,0138 |
0,3788 |
373 |
0,7604 |
0,5050 |
0,5481 |
-0,0489 |
-0,0130 |
0,3568 |
Вывод
В ходе выполнения лабораторной работы были изучены физические явления и закономерности в невырожденных полупроводниках и в вырожденном электронном газе в металлах: медь и константан, при изменении температуры окружающей среды. Экспериментально исследованы зависимости электропроводности невырожденных полупроводников от температуры.
В полупроводниках проводимость появляется под действием внешнего фактора, способного сообщить электронам валентной зоны энергию, нужную для перехода их в зону проводимости. При тепловом воздействии в зоне проводимости появляются свободные электроны, а в валентной зоне - свободные уровни, на которые могут переходить электроны этой зоны. При возникновении внешнего поля в кристалле возникает направленное движение электронов зоны проводимости и валентной зоны, приводящее к появлению электрического тока. Экспериментальные данные качественно совпадают с теоретическими.