Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

===============================================

ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА И ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Исследование температурной зависимости

энергии Ферми методом термоэдс

Учебно-методическое пособие

для студентов III курса дневного и заочного отделения РЭФ

направления 210100, 210600

Новосибирск

2011

В настоящем пособии дано краткое описание лабораторной работы по исследованию температурной зависимости термоэдс. В пособии приведены краткие теоретические сведения о термоэлектрических явлениях в полупроводниковых материалах, дано описание лабораторной установки, изложена методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных, указаны требования к отчету. В конце описания лабораторной работы приведены контрольные вопросы для самоподготовки студентов и список рекомендованной литературы.

Методическое пособие предназначено студентов IIIкурса дневного и заочного отделения РЭФ направления 210100, 210600.

.

Составители: Р.П.Дикарева, доцент

С.П.Хабаров, ст. преподаватель

Рецензент

Работа подготовлена на кафедре

полупроводниковых приборов и микроэлектроники

_© Новосибирский государственный

технический университет, 2011 г.

Лабораторная работа №2

Исследование температурной зависимости энергии Ферми методом термоэдс

1.Цель и содержание работы.

Изучить физическую сущность явления термоэдс , по данным измерения определить температурную зависимость коэффициента термоэдс , рассчитать энергию Ферми и эффективную массу плотности состояний, исследовать температурную зависимость энергии Ферми.

2.Теоретическое введение

2.1.Термоэлектрические явления в металлах

К термоэлектрическим явлениям относятся эффекты Зеебека, Пельтье и Томсона.

В 1823 г. Т.Зеебек установил, что в цепи, состоящей из двух разнородных проводников 1 и 2, возникает электродвижущая сила, если контакты этих проводников поддерживаются при различных температурах рис.1.

Рис.1.Появление тока в цепи разнородных проводников

В замкнутой цепи при этом возникает ток, называемый термоэлектрическим, а концах разомкнутой цепи появляется разность потенциалов, называемая термоэлектродвижущей силой. По имени первооткрывателя это явление получило название эффекта Зеебека.

В относительно небольшом температурном интервале термоЭДС пропорциональна разности температур контактов (спаев).

,

где – коэффициент пропорциональности дифференциальной или удельной термоЭДС. Значениезависит от природы соприкасающихся проводников и температуры.

Явление Пельтье , открытое в 1834 году ,представляет собой эффект, обратный явлению Зеебека; сущность его состоит в том, что при прохождении тока в цепи, состоящей из различных проводников, в местах контакта в дополнение к теплоте Джоуля выделяется или поглощается (в зависимости от направления тока ) некоторое количество тепла, пропорциональное прошедшему через контакт количеству электричества и некоторому коэффициенту П, зависящему от природы находящихся в контакте материалов, названному коэффициентом Пельтье .Причина возникновения явления Пельтье заключается в том, что средняя энергия электронов, участвующих в переносе тока в двух материалах , находящихся в контакте, различна, несмотря на то, что уровни их электрохимического потенциала совпадают. Рассмотрим контакт электронного полупроводника и металла. Предположим , что направление поля соответствует направлению перехода электронов из полупроводника в металл(Рис.2.)

Если бы электроны ,находящиеся на примесных уровнях , могли бы точно также перемещаться под действием электрического поля, как электроны в зоне проводимости, то в среднем энергия электронов, участвующих в электрическом токе, в полупроводнике равнялась бы энергии электронов на уровне Ферми в металле.При таких условиях переход электронов в металл не нарушил бы теплового равновесияв последнем; ноэлектроны на примесных уровнях неподвижны, а энергия свободных электронов в зоне проводимости значительно выше энергии на уровне химического потенциала. Перейдя в металл, эти электроны опускаются до уровня Ферми, отдавая при столкновениях свою избыточную энергию атомам металла. Выделяющаяся при этом теплота и есть теплота Пельтье.Так как электроны приходят в тепловое равновесие в результате нескольких десятков соударений в непосредственной близости от контакта, то и вся теплота Пельтье выделяется почти на самом контакте. При противоположном направлении тока весь процесс идет в обратном направлении.