− 31 −

Лабораторная работа № 8 − 4

Изучение температурной зависимости электросопротивления полупроводников

Цель работы. Исследование зависимости электросопротивления полупроводника от температуры и определение его энергии активации.

Описание экспериментальной установки

Для получения температурной зависимости сопротивления полупроводника используется установка, схема которой приведена на рис. 19. Исследуемый образец (1) расположен рядом с трубчатым керамическим нагревателем (2), который при включении в сеть через понижающий трансформатор (3) обеспечивает нагрев образца. Для измерения температуры используется ртутный термометр (4) с пределами измерения от 0 до 1500С. Измерение сопротивления образца производится с помощью омметра (5) путем нажатия кнопки (6).

Рис. 19. Схема экспериментальной установки.

В качества исследуемого образца используется полупроводниковый терморезистор типа ММТ-4, выполненный на основе медно-марганцевых полупроводниковых материалов. Системы, состоящие из смеси переходных металлов (окислов меди, марганца и кобальта) обычно имеют резко

− 32 −

выраженные полупроводниковые свойства. Кроме этого, переходные металлы, изменяя в соединениях свою валентность, позволяют синтезировать

полупроводниковые материалы с удельным сопротивлением

ρ = 10−3 ÷ 104 Ом м.

Техника безопасности.

Так как температура нагревателя в процессе работы достигает 800С, нельзя длительно касаться руками поверхности нагревателя во избежания ожога. Не следует также прикасаться к электродам, подводящим ток к нагревателю.

Порядок выполнения работы

1.Измерить сопротивление терморезистора при комнатной температуре

путем нажатия на кнопку (6). Занести в первую строку таблицу показания термометра (комнатную температуру) t (0C) и измеренное сопротивление R (Ом).

2.Подключить к сети 220 В трансформатор (2), питающий нагревательный элемент.

3.Фиксируя через каждые 50С температуру нагревающегося терморе-

зистора, записывать соответствующие показания омметра Rнаг в таблицу до температуры 80 0С включительно.

Таблица экспериментальных данных

10.При достижении температуры терморезистора 800С выключить напряжение питания трансформатора.

11.Снова, фиксируя через каждые 5 оС температуру охлаждающегося терморезистора, записывать соответствующие показания омметра Rохл.

−33 −

втаблицу напротив тех значений температур, при которых измеряли сопротивления при нагревании. Продолжать снимать показания до ком-

натной температуры (25 − 200С).

12.Определить среднее сопротивление терморезистора Rср для каждой температуры.

13.Используя данные таблицы построить график зависимости сопротивления от температуры Rср = f(T)

14.Построить график зависимости ln (Rср)= f(1/T) (для удобного построения графика начало системы координат совмещаем с начальными зна-

чениями ln (Rср) и 1/T из таблицы. Так как 1/Т величина малая, ре-

комендуется по оси абсцисс откладывать величину (1/Т) (10−3 К−1), а целые числа откладывать по масштабу).

15.По тангенсу угла наклона определить энергию активации полупроводника:

где k = 1,38 10−19 Дж К – постоянная Больцмана. Выразить полученную энергию в эВ (1 эВ = 1,6 10−19 Дж).

16.Определить абсолютную и относительную погрешности измерения энергии активации.

Контрольные вопросы и задания.

1.Энергия Ферми. Уровни Ферми. Распределение Ферми-Дирака.

2.Зонная теория твердых тел.

3.Проводники, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории.

4.Собственная проводимость полупроводников.

5.Примесная проводимость полупроводников. Энергия активации.

6.Объясните зависимость проводимости полупроводников от температуры, исходя из положений зонной теории.

7.Донорно-акцепторный переход.