Экспериментальная часть

Приборы и оборудование: исследуемые образцы (металл, полупроводник), нагревательная печь, термометр, вольтметр, амперметр, выпрямительный мост.

Методика измерений

Температурная зависимость сопротивления полупроводника определяется формулой (см. (16.9)):

(16.13)

где Е_g – ширина запрещенной зоны, k – постоянная Больцмана, R₀ – постоянная величина, характеризующая свойства полупроводника (R₀=R при Т→).

Проведя логарифмирование (16.13), получим:

. (16.14)

График зависимости от является прямой линией с угловым коэффициентом (рис.16.6). Определив тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс, можно найти энергию активации (ширину запрещённой зоны) полупроводника:

. (16.15)

Сопротивление R вычисляется из опытных данных по закону Ома:

, (16.16)

где I – измеренный ток, U – напряжение.

Температурный коэффициент сопротивления металла можно определить, используя формулу (16.12):

, (16.12а)

, (16.12б)

где R₀ – сопротивление металлического образца при t=0⁰С.

Экспериментальная установка

С хема экспериментальной установки представлена на рис.16.7. Образцы помещены внутри нагревательной печи 1. Температура измеряется ртутным термометром 2. Печь подключается через индуктивное сопротивление 3 к сети переменного напряжения 220 В. Через образцы 4, соединённые последователь‑ но, пропускается постоянный ток после его выпрямления мостом 5. Тумблер 6 переключает вольтметр на измерение напряжения либо на полупроводниковом образце (нижнее положение), либо на металлическом (верхнее положение).

Порядок выполнения работы

Внимание! Нагрев начинается сразу после включения установки в сеть. Заранее подготовьте таблицы для записи опытных данных.

1. Установите тумблер 6 в нижнее положение (полупроводник).

2. Включите установку в сеть.

3. Измерьте и запишите в табл.16.1 температуру t, силу тока I и напряжение U .

Таблица 16.1

t0C	Т, К	Полупроводник					Металл
		I, A	U, В	R, Ом	lnR	, К-1	I, A	U, В	R, Ом
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
							αм=

4. Переключите тумблер 6 вверх (металл).

5. Запишите значения I и U при той же температуре.

6. Когда температура достигнет 30⁰С, снова измерьте и запишите значения I и U для обоих образцов.

7. Измеряйте и записывайте значения тока и напряжения при температурах, указанных в табл.16.1.

8. Отключите установку от сети.

9. Для каждой температуры вычислите сопротивление обоих образцов по формуле (16.16).

10. Для полупроводника определите lnR и . Все полученные данные запишите в табл.16.1.

11. Постройте графики зависимостей: R=f(T) – для обоих образцов и – для полупроводника.

12. По графику R=f(T) для металла определите R₀ – сопротивление при t=0⁰C и вычислите температурный коэффициент сопротивления α_м по формуле (16.12б).

13. Используя график зависимости для полупроводника, определите энергию активации по формуле (16.15). Выразите её в джоулях и электрон-вольтах.

14. Оцените погрешности вычисленных величин α_м и . Все полученные значения запишите в табл. 16.1.