Электропроводность полупроводников

Электропроводность полупроводника может быть определена из соотношения (3.6):

, (3.17)

где n– концентрация электронов, ар– концентрация дырок. Для собственного полупроводника:

. (3.18)

Здесь и– эффективные массы электрона и дырки,– ширина запрещенной зоны полупроводника,– приведенная постоянная Планка,k– постоянная Больцмана..

В области собственной проводимости зависимость отТопределяется, в основном, экспоненциальной зависимостьюконцентрации. Таким образом:

, (3.19)

где– удельная электропроводность собственного полупроводника при. Величинаизменяется с температурой го­раздо медленнее, чем экспонента. В связи с этим ее в первом приближении можно считать константой.

Прологарифмируем уравнение (3.19):

. (3.20)

График зависимости отпредставляет собой прямую линию, тангенс угла наклона которой пропорционален(рис. 3.6):

. (3.21)

С повышением температуры удельная электропроводность полупроводников, содержащих примеси, возрастает, также как и электропроводность чистых полупроводников, по экспоненциальному закону:

. (3.22)

Здесь – энергия активации примеси,– постоянная, зависящая от рода полупроводника. График зависимостипримесного полупроводника отизо­бра­жен на рис. 3.7.

На графике четко выражены три участка. УчастокАВ соответствует низким температурам и выражает зависимость примесной электропроводности от температуры. На этом участке рост электропроводности происходит за счет роста концентрации примесных носителей тока в зоне проводимости или в валентной зоне. Наклон участкаАВ определяется энергией активации примесей:

Рис. 3.7. Зависимость логарифма проводимости примесного полупроводника от обратной температуры.

. (3.23)

Количество примесных носителей увеличивается с ростом температуры до тех пор, пока примеси не истощатся, чему соответствует точка на рис. 3.7. При дальнейшем повышении температуры электропроводность перестает расти (участокBC). При достижении температуры, соответствующей точкеC , становятся возможными переходы электронов из валентной зоны в зону проводимости. На участкеСDполупроводник имеет собственную проводимость и угол наклона участкаCDк оси абсцисс, как видно из (3.20), определяется шириной запрещенной зоны.

Экспериментальная установка и методика измерений

Л

Рис. 3.8. Экспериментальная установка для исследования температурной зависимости проводимости металлов, сплавов и полупроводников.

абораторная установка состоит из объекта исследования (электропечи с образцами) и измерительного устройства (рис. 3.8). Электропечь служит для нагрева образцов, температура которых измеряется датчиком измерителя температуры. На передней панели объекта исследования находится окно, позволяющее наблюдать электропечь и образцы, установленные в ней.

Переключатель образец предназначен для поочередного подключения образцов к входу измерительного устройства. Положениям переключателя образец соответствует подключение следующих образцов:

«1» – металл (медь);

«2» – сплав с низким температурным коэффициентом сопротивления (манганин);

«3» – полупроводник (полупроводниковый терморезистор);

Порядок выполнения работы:

1. Включите установку выключателем СЕТЬ на задней панели измерительного устройства и передней панели объекта исследования.

2. Дайте прогреться в течение 5 мин.

3. Переключателем ОБРАЗЕЦ выберите образец, сопротивление которого будет исследоваться.

4. Нажмите кнопку НАГРЕВ измерительного устройства (при этом индикатор НАГРЕВ должен засветиться).

5. Наблюдая за индикатором температуры, через каждые 5 °С снимите показания с индикатора сопротивления. Для одновременного измерения температуры и сопротивления нажмите на кнопку СТОП ИНД. Полученные данные занесите в таблицу.

6. При достижении максимальной температуры нагрева (120 °С) нагревание автоматически прекращается, индикатор НАГРЕВ гаснет и включается вентилятор.

7. После остывания электропечи до комнатной температуры переключателем ОБРАЗЕЦ выберите следующий образец и повторите действия, описанные в пунктах 4, 5 и 6.