2.3. Примесная электропроводность полупроводников

Добавление к чистым полупроводникам ничтожного количества ( 10^-4  10^-5) некоторых примесей чрезвычайно сильно (в 10³  10⁵ раз) увеличивают их примесную электропроводность.

Встраивание атомов примеси в кристаллическую решетку приводит к появлению в запрещенной зоне дополнительных энергетических уровней  уровней примеси.

В случае донорной примеси дополнительные уровни расположены близко к зоне проводимости, т.е. интервал запрещенной энергии Е₁ так мал, что электроны с таких уровней при реальных температурах легко переходят в зону проводимости (см. рис. 8, а).

Классическому представлению об основных и не основных носителях в полупроводниках n-типа соответствует представление зонной теории о движении электронов на этих уровнях и в зоне проводимости, а также дырок в валентной зоне.

В случае акцепторной примеси дополнительные энергетические уровни, - примесные уровни, расположены близко к валентной зоне, а энергия запрещенного интервала Е₂ так мала, что электроны из валентной зоны при реальных температурах могут переходить на примесные уровни (см. рис. 8, б). Это приводит к образованию дырок в валентной зоне и к дырочной примесной проводимости.

Теория метода. Экспериментально установлено, что с повышением температуры электрическое сопротивление металлов увеличивается, а полупроводников уменьшается. При этом сопротивление металлического проводника R_t линейно зависит от температуры

R_t=R₀(1+t) , (1)

где R₀ – сопротивление проводника при 0⁰С,  - температурный коэффициент сопротивления материала проводника.

Измерив сопротивление металлического проводника при температурах t₁ и t₂, можно определить коэффициент :

. (2)

Электрическое сопротивление полупроводников R_T в зависимости от абсолютной температуры Т изменяется по экспоненциальному закону:

, (3)

где А – коэффициент, характеризующий свойства данного образца, Е – энергия ионизации полупроводника (ширина запрещенной зоны); К = 1.3806^.10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана.

Измерив сопротивление полупроводника при температурах Т₁ и Т₂, можно рассчитать величину Е по следующей формуле:

. (4)

Обработку результатов измерений можно проводить как графическим, так и аналитическим методами. Первый способ простой и наглядный, второй – более точный.

Порядок выполнения задания

1. Собрать схему.

2. Измерить сопротивление металла и полупроводника при комнатной температуре.

3. Включить в сеть электроплитку. Измерять сопротивление металла и полупроводника через каждые 5-8⁰ (Инструкции по пользованию в приложении 3).

4. Данные занести в таблицу.

   №	Металл		Полупроводник
   	t, oC	R, Ом	t, oC	R, Ом	lnR	T, K	1/T, K-1

5. Рассчитать термический коэффициент  по формуле (2) и величину ширины запрещенной зоны по формуле (4).

6. Построить графики зависимости R=f(t) для металла и lnR=f(1/T) для полупроводника.

7. Используя свойства уравнения прямой R=R(1+t), по графику определить R₀ и .

8. По графику определить тангенс угла наклона к оси 1/T : .

9. Определить E = 2ktg.

10. Вычислить абсолютную и относительную погрешность  и E с надежностью p=0,95.

11. На основании проделанных измерений сформулировать цель работы и сделать выводы.