Описание установки

Аналогичная работа проводится на стенде в ОмГТУ в лаборатории 6–139 (см. ч. 1, рис. 5.3). На стенде определяются основные электрические характеристики полупроводниковых терморезисторов. Сначала нужно построить зависимости R = f(t). Их снимают при нагреве терморезисторов катушек в печи от 20 до 100 С.

В этой работе используется новый стенд, отказываться от проведения этой работы нет причин. Выполнять же точно такую же работу на ЭВМ не целесообразно, поэтому в лабораторной работе на компьютере введены существенные отличия. Здесь определяются основные электрические характеристики примесного полупроводника, но в более широком диапазоне изменения температур, и строится больше зависимостей.

Зависимость R = f(t) строится в два этапа. На первом этапе ее снимают при нагреве образца полупроводника в печи (рис. 5.6) от 20 до 1200 С, а на втором – при охлаждении в морозильной камере от 20 до –160 С (рис. 5.7).

Рис. 5.6. Изображение на экране монитора испытательной установки для нагрева полупроводника

Рис. 5.7. Изображение на экране монитора испытательной установки для охлаждения полупроводника

Изображение образца полупроводника на экране монитора приведено на рисунке 5.8, параметры образца зависят от варианта.

Рис. 5.8. Параметры образца полупроводника

По окончанию эксперимента (в конце II этапа) при безошибочном вводе результатов вся зависимость R = f(t) появляется на экране монитора (рис. 5.9), для удобства изображения графика значения сопротивления взяты в мОм.

По табличным значениям сопротивлений зависимости R = f(t) вычисляются соответствующие значения удельных сопротивлений полупроводника по формуле

_i = ,

где  – удельное сопротивление, мОмм (т. к. R было в мОм); S_о – площадь сечения образца, м²; – длина образца, м.

Рис. 5.9. Экспериментальная зависимость R = f(t) на экране монитора

При вычислении удельного сопротивления полупроводника изменение линейных размеров образца S_о и не учитывается. Расчетная зависимость  = f(t) приведена на рисунке 5.10.

Рис. 5.10. Расчетная зависимость  = f(t)

По данным зависимости  = f(t) вычисляются значения зависимости γ = f(t) по формуле

,

где k − коэффициент (при k = 1000 значения γ будут получены в cм/м).

Зависимость γ = f(t) приведена на рисунке 5.11.

Рис. 5.11. Расчетная зависимость γ = f(t)

Однако для определения ширины запрещенной зоны кремния и энергии активации электронов фосфора эту зависимость надо перестроить в других координатах lg(γ) = f(1000/T). Полученная зависимость приведена на рисунке 5.12.

Рис. 5.12. Зависимость ℓg(γ) = f(1000/T)

Воспользовавшись формулой (5.1) по наклону прямой на участке АБ определяют энергию активации примесей фосфора W_p (рис. 5.13), а по наклону прямой на участке ВГ определяют ширину запрещенной зоны кремния (рис. 5.14).

Рис. 5.13. Определение энергии активации примесей фосфора W_p

Рис. 5.14. Определение ширины запрещенной зоны кремния