11

Министерство образования российской федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра физики

ОТЧЕТ

Лабораторная работа по курсу "Общая физика"

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШИРИНЫ ЗАПРЕЩЕНОЙ ЗОНЫ ПОЛУПРОВОДНИКА ПО ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ОБРАТНОГО ТОКА ДИОДА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью данной работы является исследование температурной зависимости обратного тока стандартного диода и определение ширины запрещенной зоны полупроводника, из которого изготовлен диод.

2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Экспериментальная установка состоит из нагревателя, в котором находится германиевый диод, термометра для измерения температуры и электрической схемы. Электрическая схема включения диода представлена на рис. 2.1. Она состоит из понижающего трансформатора Т, выпрямителя V1-V4 и микроамперметра P1 для измерения тока через исследуемый диод V5.

2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Суммарная абсолютная погрешность измерений:

, где - абсолютная систематическая погрешность измерения времени.

Систематическая погрешность (класс точности прибора – 1,5):

(3.1)

, где <x> - среднее значение x, - абсолютная

случайная погрешность.

Формула расчета погрешности косвенного измерения ln I_обр:

(3.2)

Формула для расчета погрешности косвенного измерения величины, обратной температуре нагревателя:

(3.3)

Экспериментальное значение ширины запрещенной зоны (в Дж)

Е = a k, (3.4)

где k - постоянная Больцмана;

a - угловой коэффициент линеаризованного графика lnI_обр = f(1/T), который находится по формуле:

(3.5)

3. Результаты работы и их анализ.

Результаты экспериментальных измерений и их обработки представлены в следующей таблице 1.

Результаты прямых и косвенных измерений

Таблица 1.

№	Iобр , мкА	ln Iобр	Т, С	Т, К	(1/Т)10-3, К-1
	1	-13,816	40	313	0,0032
	3	-12,717	50	323	0,0031
	6	-12,024	60	333	0,0030
	13	-11,251	70	343	0,0029
	26	-10,557	80	353	0,0028
	49	-9,924	90	363	0,00275
	66	-9,626	95	368	0,0027
	90	-9,316	100	373	0,00268

Систематические погрешности прямых измерений определялись по формуле (3.1), исходя из класса точности измерительного прибора, равного 1,5 и конечного значения шкалы - 100 μA . Эта величина составила σ(I_обр) = ± 1,5 μA = ± (0,15∙10^-5) A.

Результаты косвенных измерений, приведенные в таблице 1, рассчитаны по формуле (3.2) с учетом погрешности косвенного измерения натурального логарифма обратного тока диода и формуле (3.3) с учетом погрешности косвенного измерения величины, обратной абсолютной температуре.

Построим график зависимости :

Погрешности для I_обр :

Далее находим :

Доверительные интервалы :

[-13,816+0,000000001086; -13,816-0,000000001086]

[-12,717+0,000000003539; -12,717-0,000000003539]

[-12,024+0,00000007485; -12,024-0,00000007485]

[-11,251+0,00000001733; -11,251-0,00000001733]

[-10,557+0,00000005541; -10,557-0,00000005541]

[-9,924+0,00000007406; -9,924-0,00000007406]

[-9,626+0,0000001028; -9,626-0,0000001028]

[-9,316+0,0000001449; -9,316-0,0000001449]

Погрешности 1/T:

т.е. ;

Доверительные интервалы 1/T:

[0,0032 - 0,0000479; 0,0032 + 0,0000479];

[0,0031 - 0,0000465; 0,0031 + 0,0000465];

[0,0030 - 0,0000450; 0,0030 + 0,0000450];

[0,0029 - 0,0000435; 0,0029 + 0,0000435];

[0,0028 - 0,0000420; 0,0028 + 0,0000420];

[0,00275-0,0000413; 0,00275+0,0000413];

[0,0027 - 0,0000405; 0,0027 + 0,0000405];

[0,00268-0,0000402; 0,00268+0,0000402];

На рис. 4.1. приведена экспериментальная зависимость величины натурального логарифма обратного тока диода от величины, обратной абсолютной температуре. Из нее видно, что прямая пересекла доверительные интервалы для всех экспериментальных точек.

Рис. 4.1. График линейной зависимости ,1/Т.

Рассчитаем по формуле (3.5) угловой коэффициент графика: ;

Экспериментальное значение ширины запрещенной зоны рассчитанное по формуле(3.4) с учётом погрешностей, равно 0,746 эВ.