Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ЛР2 / ЛР2 отчёт

.pdf
Скачиваний:
24
Добавлен:
15.09.2021
Размер:
241.23 Кб
Скачать

МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра МНЭ

ОТЧЕТ по лабораторной работе №2

по дисциплине «Электротехническое материаловедение»

Тема: «Исследование электрических свойств полупроводниковых материалов»

Студент гр. 9492

 

Скотаренко Д.Д.

Преподаватель

 

 

Кучерова О.В.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы.

Сравнение температурных зависимостей сопротивления полупроводников с различной шириной запрещенной зоны; определение ширины запрещенной зоны и энергии ионизации легирующих примесей в материалах.

Основные понятия и определения.

Полупроводники – материалы с электронной электропроводностью, которые по своему удельному сопротивлению занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Условный диапазон

удельных сопротивлений полупроводников ограничивают значениями

105 … 108 Ом∙м.

Характерной особенностью полупроводниковых материалов является сильно выраженная зависимость удельной проводимости от внешних энергетических воздействий, а также от концентрации и типа примесей. В зависимости от степени чистоты полупроводники подразделяются на собственныеипримесные.

Собственный – это такой полупроводник, в котором можно пренебречь влиянием примесей при данной температуре. Содержание примесей в них не

превышает 109 … 108 %, и существенного влияния на удельную

проводимость полупроводника они не оказывают Примесный – это такой полупроводник, электрофизические свойства

котороговосновномопределяютсяпримесями.

В работе предлагается исследовать в одном и том же температурном интервале зависимость γ(T) в кремнии (Si), германии (Ge), антимониде индия (InSb) и карбиде кремния (SiC) – полупроводниках, характеризующихся различнойширинойзапрещеннойзоны.

Описаниеифотографияустановки3.

Исследование температурнойзависимости сопротивления полупроводников производится на установке, содержащей термостат с образцами полупроводниковых материалов и внешние измерительные приборы.

Исследуемые образцыS имеют форму параллелепипедов длиной l и поперечным сечением с двумя омическими контактами на торцах, к которым подсоединяются выводы для подключения к омметру. Образцы помещены в термостат,расположенныйвнутрииспытательногомодуля.

Измерения температуры осуществляются с помощью термопары, подключенной к милливольтметру. Шкала прибора, расположенного на лицевой панелииспытательногомодуля, проградуированавградусахЦельсия.

Подключение образцов к омметру осуществляется с помощью переключателя,выведенногоналицевуюпанель.

Налицевойпанелирасположенирегулятортемпературытермостата. Здесь же указаны геометрические размеры образцов и приведены формулы для вычисленияподвижностиносителейзаряда.

Обработка результатов.

1. Рассчитаем удельное сопротивление исследуемых полупроводниковых материалов по экспериментальным данным для каждой температурной точки.

 

 

 

=

 

 

Пример расчёта для кремния при T=298 K:

 

 

 

970 0.03

 

 

 

 

Рассчитаем

=

2 10

−7

0.0065 Ом м

материалов.

 

 

 

 

 

 

 

удельные проводимости исследуемых полупроводниковых

 

 

эксп = 1

 

 

Пример расчёта для Si при T = 298 К:

 

 

См

 

 

 

1

 

154.6

 

= 0.0065 Ом м

м

Данные занесены в таблицу 1.3:

4

5

№2. По данным табл. 2.3 построим температурные зависимости удельной

 

ln( эксп)

1

, а по

проводимости полупроводников, откладывая по оси абсцисс параметр

оси ординат – экспериментальные значения

:

 

№3. Расчёт концентрации собственных носителей заряда в полупроводниках Si, Ge, InSb и SiC при T = 300 К:

а) Si:

= =

2∆Э

 

 

 

 

1.12 1.6 10−19

6.765 1015

м−3

б) Ge: = 10252.74 1.05 2 1.38 10−23300

в) SiC:

2.281 1019

м−3

 

 

 

 

 

7,67 м

 

 

 

 

 

 

 

−3

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

№4. Оценка значений

 

 

 

7.07 10

24

м

−3

 

 

 

 

г) InSb:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) Si:

 

 

 

собственной удельной проводимости в этих

 

 

 

 

 

 

= ( + )

 

 

 

 

полупроводниках при 300 К:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) Ge: = 1.6 10

−19

6.765 10 (0.13 + 0.05) 0.000195 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

См

 

 

 

 

 

См

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2,117

 

 

 

 

 

 

в) SiС:

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

См

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5,64 10

−20

 

 

 

 

г) InSb:

 

 

 

 

 

См

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18773

 

 

 

 

 

 

данными эксп:

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

с экспериментальными

№5.

Сравнение полученных результатов расчётов

 

 

 

Si:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аб)) Ge: эксп −примесная проводимость;

 

 

 

 

в) SiC: эксп −примесная проводимость;

 

 

 

 

г) InSb: эксп −примесная проводимость;

 

 

 

 

 

 

 

все ли примеси ионизированы в исследованном температурном

Оценим, эксп≈−собственная проводимость;

 

 

 

 

интервале или нет. Рассчитаем энергию тепловой генерации:

 

 

 

 

 

 

 

 

−23

 

;

 

 

 

 

 

 

 

−23

Дж = 0,036 Эв

а) Si: = 1.38 10 418 = 576.84 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) Si: 0,01…0,02 эВ<0,036 эВ

– не все примеси ионизированы;

в)

SiC:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,01 эВ<0,036 эВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,04…0,4 эВ>0,036 эВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№6. Если в полупроводнике не все примеси ионизированы, то:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

( 2)

 

SiC:

 

 

 

 

∆Эпр = 2 2

1 ln ( 1)

при

2=418 К и 1=298 Кполучим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n(T) =

γn(T) p

 

 

 

20

 

−3

 

 

 

 

( 1) =

 

 

 

1.156

q(μ

+ μ )

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 10−19

(0.04 + 0.006)

1.571 10

21

м

−3

 

 

 

 

( 2) =

 

 

 

 

11

 

 

 

1.495 10

м

 

Пр

 

1.6 10−19

(0.04 + 0.006)

 

 

∆Э

= 2 1,38 10

−23

 

418 298

 

(1.495 102120)

)

0.403 Эв

 

 

 

418 298 ln(

1.571 10

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

эксп:

2

 

 

 

 

 

а) InSb:

 

 

( 2)

3

 

 

 

 

 

∆Э = 2 2

1 ln ( 1) 2 ln 1

 

 

 

 

№7.

Для полупроводников, у которых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№8. Определим

 

 

 

∆Э ≈ 0.122 Эв

 

 

 

 

 

 

 

температурные диапазоны реализации участков: Si – на всём диапазоне участок истощения примеси

Ge – от 700С до 1450С – участок собственной проводимости от 00С до 700С – зона истощения примеси

SiC – на всём диапазоне область ионизации примеси InSb - от 00С до 500С – зона истощения примеси

от 500С до 1450С – зона собственной проводимости

8

Выводы:

 

 

 

 

 

 

 

В ходе лабораторной работы были рассчитаны удельное сопротивление и

Было проведено сравнение

 

с

 

ln( эксп)= ( 1)

 

удельная проводимость для Si, Ge, SiC, InSb. Для проводимости этих материалов

была построена температурная зависимость

 

.

 

 

 

 

 

рассчитанной собственной

проводимостью

, по которому

были сделаны выводы о проводимости каждого

 

эксп

 

 

 

 

полупроводника,

которые были изучены в ходе работы. Как оказалось, InSb

обладает собственной проводимостью, а Ge, Si и SiC – примесной.

Так же было установлено, что для кремния энергия тепловой генерации преобладает над энергией ионизации, поэтому кремний находится на всём диапазоне в зоне истощения примеси, в то время как карбид кремния на всём

диапазоне находится в зоне ионизации.

Эпр0.403 эВ, а так же было рассчитано значение ширины запрещённой зоны антимонида индия, которое соответственно равно

Была рассчитана энергия ионизации примеси для карбида кремния

Э ≈0.122 эВ.

Так же в ходе работы было установлено, что на всем диапазоне температур Si находится в зоне истощения примеси, SiC в зоне ионизации примеси, InSb от 00С до 500С в зоне истощения примеси, от 500С до 1450С в зоне собственной проводимости, а Ge в диапазоне 00С до 700С находится в зоне истощения примеси, от 700С до 1450С в зоне собственной электропроводности.

9

Соседние файлы в папке ЛР2