3. Экспериментальная часть

3.1. Описание измерительной установки

Исследование зависимости сопротивления проводниковых материалов от температуры проводят на установке ИЭП1 (рис. 24).

Установка ИЭП1 предназначена для измерения сопротивлений в диапазоне 10...10¹³Ом. Применяемый в приборе метод измерения сопротивлений основан на сравнении измеряемого сопротивления и образцового сопротивления с помощью операционного усилителя, охваченного глубокой обратной связью (рис. 25). В приборе имеются два диапазона измерений и используются две шкалы – линейная и обратно пропорциональная. Измерения сопротивлений в диапазоне 10²...10⁶Ом проводятся по линейной шкале, а в диапазоне 10⁷...10¹³Ом – по обратно пропорциональной шкале. Для исследуемых в работе образцов, имеющих сопротивление ниже 10⁶Ом, измерения проводятся по линейной шкале.

На передней панели прибора расположены:

7. индикатор шкалы; 7. кнопка выключателя “Сеть”;

8. кнопки выбора поддиапазона; 8. индикатор связи с ЭВМ;

9. индикатор результата измерения; 9. кнопка переключения канала;

10. кнопки выбора температуры; 10. индикатор выбора канала;

11. индикатор температуры 11. термокамера.

12. индикатор нагрева;

Рис. 24. Общий вид лицевой панели установки для измерений

электрического сопротивления

При измерениях с линейной шкалой источник напряжения и образцовый резистор образуют искусственный генератор тока, а измеряемое сопротивление включается в цепь обратной связи.

Рис 25. Принципиальная схема измерения

Измеряемое сопротивление определяется по формуле:

, Ом

где R₂– измеряемое сопротивление, Ом;

R₁– сопротивление образцового резистора, Ом;

U_вых– выходное напряжение усилителя, В;

U_вх – входное напряжение с источника сигнала, В;

ВАЖНО: Перед началом работы сформируйте файл отчета. Для этого запустите на Рабочем столе пиктограмму файла «Отчет» и заполните предлагаемую форму. Затем сохраните ее, нажав клавишу <ЗАПИСЬ>.

4. Порядок проведения работы

4.1. Получить у преподавателя кассету с исследуемым полупроводником. Записать в отчет геометрические размеры материала.Установить кассету с образцом в термокамеру прибора до упора. При этом шторка должна опуститься.

Образцы:

Первый канал: Полупроводник р-типа– поперечное сечение S= 5 мм²,

длина l= 10 мм

Второй канал: Терморезистор ( в работе не используется)

4.2. Включите кнопку “Сеть” 7 (Рис. 24), при этом загорится индикатор шкалы 1, индикатор результата измерения 3, индикатор выбора температуры 5, индикатор выбора канала 10. Внимание!Кнопками выбора температуры 4 отключить нагрев образца(индикатор 5 должен показать «OFF»). При первом нажатии кнопки на индикаторе 5 высветится установленное значение температуры. При повторном нажатии кнопки произойдет коррекция устанавливаемой температуры. Через 2 секунды после завершения установки индикатор 5 перейдет в режим отображения текущей температуры. Для отключения терморегулятора необходимо установить температуру менее 30`С. При этом на экране высветится сообщение «OFF».

4.3. Кнопкой 9 установите требуемый канал для измерения. Контроль выбора канала осуществляется с помощью индикатора 10. Сопротивление первого материала отображается по каналу 1. Сопротивление второго материала отображается по каналу 2.

4.4. Кнопками 2 установите требуемый диапазон сопротивления. При этом индикатор 1 укажет на выбранную шкалу (шкала 0-10 – линейный режим работы, а шкалы 1-3 и 3-10 – обратно пропорциональный режим работы).

Примечания:

При работе прибора на индикаторе 1 могут отображаться следующие сообщения:

L– измеряемое сопротивление ниже выбранного поддиапазона;

H- измеряемое сопротивление выше выбранного поддиапазона.

4.5. Снять зависимость Rот температуры. Для этого снять значениеRпри начальной температуре. Далее, с помощью кнопок 4 установите требуемое значение температуры термокамеры. При первом нажатии кнопки на индикаторе 5 высветится установленное значение температуры. При повторном нажатии кнопки произойдет коррекция устанавливаемой температуры. Через 2 секунды после завершения установки индикатор 5 перейдет в режим отображения текущей температуры. Индикатор 6 должен загореться, указывая, что происходит нагрев термокамеры.

Измерения R_Tпроизводить по следующему температурному ряду: начальная, 40, 60, 80^оC.Рекомендуется соблюдать интервал между измерениями 10 мин. для стабилизации показаний прибора при нагреве образца. Если временной интервал не будет соблюдаться, расчет параметров материала окажется неверным. Результаты измерений занести в табл. 9.

4.7. По полученным результатам определить тип материала. Для этого построить зависимость ln(γ) – 1/T(К) и рассчитать величину ширины запрещенной зоны (см. рис. 22) на высокотемпературном участке, взяв только две последние точки (60 – 80⁰С). При расчете использовать выражение (14), в котором предполагать температурную зависимость только концентрации носителей заряда (см. выражение 15). Необходимо получить выражение (14) в координатах полученного экспериментального графика. По таблице 8 найти материал, величина ширины запрещенной зоны которого лежит наиболее близко к расчетному значению. Данные занести в таблицу 10.

Таблица 9

Т, 0С	R,Ом

4.8. Оценить собственную концентрацию носителей заряда. Для этого используя зависимость ln(γ) – 1/T(К) определить минимум удельной проводимостиγ_min. По рис. 23 оценить концентрацию легирующей примеси. Рассчитать собственную концентрацию носителей заряда, используя выражение (14). Данные для подвижностей взять из таблицы 8. Результаты занести в таблицу 10.

Таблица 10

ΔЕg, эВ	Материал	Минимальная удельная проводимость, γmin, 1/(Ом∙м)	Концентрация легирующей примеси NA, м-3	Собственная концентрация носителей заряда, ni, м-3

Обработку результатов выполнять в пакете MSExcelилиOrigin. Снятые с прибора данные занести в таблицы и рассчитать дополнительные параметры. График температурной зависимости интерполироватьB-Splineфункцией. Высокотемпературный участок аппроксимировать линейной зависимостью. Вставить график в отчет, заполнить таблицы данных. Сохранить файл обработки (файл пакетаORIGIN(OPJ) илиMSExcel) и отчет с именем: <фамилия И.О.>_9. Рабочая папка:D:/МиЭЭТ/<Номер группы>.

Содержание отчета:

1. Расчетные формулы и таблицы измерений.

2. График зависимости ln(γ) – 1/T(К)

3. Вывод.