Лабораторная работа Э-09 1Б01
.docЛабораторная работа Э–09 Изучение температурной зависимости сопротивления полупроводников и определение энергии активации проводимости
Отчёт о работе
Работу выполнил: |
|
фамилия |
Полковникова |
имя |
Елена |
отчество |
Евгеньевна |
группа |
1Б01 |
Краткое теоретическое содержание работы
Энергия активации проводимости — это ... |
минимальная энергия, которую нужно сообщить валентному электрону, чтобы он оторвался от атома и стал подвижным носителем заряда. |
Существуют полупроводники n-типа и p-типа, схематично представленные на рисунке
Роль примеси в проводнике n-типа: |
Донорная, перенос заряда осуществляется электроном. |
Роль примеси в проводнике p-типа: |
Акцепторная, дырочный переход. |
На эмпирической диаграмме |
||
|
Ec — |
Дно зоны проводимости |
Ev — |
Потолок валентной зоны |
|
Ea — |
Энергетический уровень акцепторной примеси |
|
Ed — |
Энергетический уровень донорной примеси |
|
ΔE — |
Энергия активации |
|
ΔEa — |
Энергия активации акцепторной примеси |
|
ΔEd — |
Энергия активации донорной примеси |
Сопротивление полупроводника уменьшается с ростом температуры согласно уравнению: |
||
R = |
R0 exp(E/2kT) |
|
где |
||
R0 — |
Сопротивление, характерное для данного проводника |
|
ΔE — |
Энергия активации проводника |
|
k — |
Постоянная Больцмана |
|
T — |
Абсолютная температура |
Если построить зависимость ln Rот , то она должна иметь вид |
прямой |
, |
||
из которой определяют значение |
Энергии активации проводимости |
. |
Расчётные формулы
|
где |
U — |
Напряжение |
I — |
Сила тока |
||
k — |
Постоянная Больцмана |
||
tg φ — |
Тангенс угла наклона прямой зависимости ln R от |
||
ΔE — |
Энергия активации проводимости |
Схема установки
|
Обозначения |
|
П — |
Потенциометр |
|
ТС — |
Термистор |
|
V — |
Вольтметр |
|
μA — |
Микроамперметр |
|
K — |
Ключ |
|
ε — |
Источник питания |
Результаты измерений
Таблица 1
U (В) |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
3 |
3.5 |
4 |
4.5 |
5 |
5.5 |
6 |
6.5 |
7 |
I (A), 10–5 |
6 |
13 |
19 |
24 |
31 |
38 |
45 |
52 |
60 |
68 |
76 |
84 |
93 |
99 |
Таблица 2
t, °C |
T, K |
, K |
I (A) |
U (В) |
R (Ом) |
ln R |
20 |
293 |
0,00341 |
13*10–3 |
1 |
77 |
4,34 |
25 |
298 |
0,00355 |
14*10–3 |
1 |
71 |
4,26 |
30 |
303 |
0,00330 |
16*10–3 |
1 |
63 |
4,14 |
35 |
308 |
0,00324 |
18*10–3 |
1 |
56 |
4,03 |
40 |
313 |
0,00319 |
20*10–3 |
1 |
50 |
3,91 |
45 |
318 |
0,00314 |
22*10–3 |
1 |
45 |
3,80 |
50 |
323 |
0,00310 |
25*10–3 |
1 |
40 |
3,69 |
55 |
328 |
0,00304 |
28*10–3 |
1 |
36 |
3,58 |
60 |
333 |
0,00300 |
30*10–3 |
1 |
33 |
3,50 |
65 |
338 |
0,00296 |
34*10–3 |
1 |
29 |
3,37 |
70 |
343 |
0,00292 |
36*10–3 |
1 |
28 |
3,33 |
75 |
348 |
0,00287 |
38*10–3 |
1 |
26 |
3,26 |
80 |
353 |
0,00283 |
40*10–3 |
1 |
25 |
3,22 |
85 |
358 |
0,00279 |
46*10–3 |
1 |
22 |
3,09 |
90 |
363 |
0,00275 |
50*10–3 |
1 |
20 |
3,00 |
95 |
368 |
0,00271 |
56*10–3 |
1 |
18 |
2,90 |
100 |
373 |
0,00268 |
62*10–3 |
1 |
16 |
2,77 |
Обработка результатов
1. По данным таблицы 1 строим вольтамперную характеристику полупроводника при комнатной температуре.
График зависимости I = f(U)
|
Выводы |
Из графика видно, что зависимость между напряжением и силой тока прямая: с увеличением напряжения – увеличивается сила тока, следовательно при комнатной температуре и в измеренном диапазоне до 7 вольт, терморезистор имеет линейную вольтамперную характеристику, т.е подобно обычному резистору. |
2. Строим график температурной зависимости сопротивления по таблице 2.
График зависимости R = f(T)
|
Выводы |
В экспериментальном графике прослеживается экспоненциальная зависимость. |
3. Строим график зависимости логарифма сопротивления от величины, обратной температуре, по таблице 2.
График зависимости
|
Выводы |
Найдём по графику tg=(lnR)/(1/T)=(3,5-1,5)/(0,003-0,002) Его значение примерно равно 2000 k=8,6*10^(-5) эВ/К Тогда Е=2ktg=2*8,6*10^(-5)*2000=0,34эВ |
Вывод
В ходе работы изучили температурную зависимость сопротивления полупроводников и выявили, что она экспоненциальная, что согласуется с теоретическими данными. Построили вольтамперную характеристику проводника при комнатной температуре и выявили, что терморезистор имеет линейную вольтамперную характеристику, как и обычный резистор. Также определили энергию активации проводимости в электронвольтах Е=0,34эВ. |