Обработка результатов

1. Используя первые две колонии таблицы 3.1, заполните третью и четвертую.

2. Постройте график зависимости от , проанализируйте его.

Согласно теории, он должен представлять прямую при случайном характере разброса экспериментальных точек. Выделив такой линейный участок зависимости, проведите прямую. Пользуясь методом парных точек или методом наименьших квадратов (2), найдите угловой коэффициент . Из (3.13) следует, что

,

а константа скорости рекомбинации , следовательно, равна:

Параметры образца указаны на стенде.

Оцените погрешность результата измерения , считая, что основной вклад в неё вносит погрешность углового коэффициента .

3. Оцените с помощью (3.3) концентрацию электронов проводимости при максимальной освещенности образца.

Контрольные вопросы

1. Что называют стационарной и равновесной концентрацией носителей в фоторезисторе?

2. Почему скорость рекомбинации пропорциональна квадрату концентрации электронов проводимости?

З. Как влияет расстояние между светодиодом и фоторезистором на значения и и почему? Какими другими способами можно изменять эти величины в условиях данного эксперимента?

4. Как связано время жизни носителей с константой скорости рекомбинации?

5. Опишите процедуру измерения длительности спада фототока и измерения напряжения с помощью осциллографа.

4. Лабораторная работа № 3. 11 изучение температурной зависимости электросопротивления полупроводника

Цель работы: определение ширины запрещённой зоны собственного полупроводника.

Приборы и принадлежности: нагреватель, водяная баня, термометр, образец полупроводника, электронный омметр.

Схема опыта:

Рис. 28. Схема установки для исследования зависимости сопротивления полупроводника от температуры

Цифрами обозначены: 1 омметр; 2 водяная баня; З — образец полупроводника; 4 - термометр; 5 - нагреватель.

Методика измерений

Электропроводность веществ пропорциональна концентрации свободных носителей, поэтому при нагревании полупроводника она будет возрастать согласно (2.37) по экспоненциальному закону.

Экспериментально удобнее измерять не электропроводность, а сопротивление полупроводника. Сопротивление обратно пропорционально электропроводности, поэтому при увеличении температуры сопротивление полупроводника будет уменьшаться:

(2.40)

где - величина, зависящая от материала полупроводника, а - ширина запрещённой зоны.

Из (2.40) следует, что сопротивление собственного полупроводника уменьшается при нагревании по экспоненциальному закону. Это явление используется при работе термисторов - полупроводниковых сопротивлений, которые используются в технике в качестве миниатюрных датчиков температуры.

Для определения ширины запрещённой зоны по результатам опыта необходимо знать сопротивления и полупроводникового образца для двух значений температур Т₁ и Т₂. Решая совместно уравнения (2.40) для двух опытов, получим формулу для расчета :

(2.41)

Порядок выполнения работы

1. Проверьте электрическую цепь установки по схеме, приведенной на рис. 24. Включите электронный омметр и после 10-минутного прогрева приступайте к измерениям.

2. Убедитесь, что образец полупроводника и термометр погружены в воду и находятся при комнатной температуре. С помощью омметра 1 измерьте сопротивление образца при комнатной температуре.

3. Включите нагреватель в положение “2” и измеряйте сопротивление образца через каждые 3 ÷ 5 К. Всего необходимо провести не менее десяти измерений при разных температурах. Данные занесите в табл. 11.

4. Постройте график зависимости . Убедитесь в линейности полученной зависимости.

5. По формуле (2.41) рассчитайте ширину запрещённой зоны полупроводника для трех пар температур (температуры необходимо подобрать так, чтобы их разность была достаточно большой).

Таблица 11