2 Описание лабораторной установки и вывод расчетной формулы

В комплект лабораторной установки входят: сушильный шкаф с исследуемым полупроводниковым резистором, цифровой омметр, соединительные провода.

Лабораторная установка схематически изображена на рисунке 2. Принцип действия установки описан в разделе 2 лабораторной работы №3.

Рисунок 2 Схема лабораторной установки: 1 - сушильный шкаф;

2 – термометр; 3 – исследуемый полупроводниковый резистор;

4 – цифровой омметр

В данной работе экспериментально определяется сопротивление R полупроводникового резистора, которое связано с его удельной электропроводностью , длиной l, площадью поперечного сечения S формулой:

. (9)

Подставляя (8) в (9) получим

. (10)

где - постоянная величина для данного полупроводника, .

Графиком зависимости сопротивления от температуры является убывающая экспонента, как на рисунке 3а. Прологарифмировав (10), получим:

. (11)

График зависимости от , изображенный на рисунке 3б, будет линейным с положительным угловым коэффициентом . По угловому коэффициенту в данной работе можно определить ширину запрещенной зоны (энергию активации):

, (12)

Рисунок 3 Примерные графики зависимости: а - ;

б -

3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов

3.1 При подготовке к лабораторной работе необходимо составить конспект по одному из учебников, указанных в библиографическом списке:

- для инженерных специальностей: С. 242-250 /2/, С. 450-456 /3/, С. 610-615 /4/;

- для неинженерных специальностей: С. 320-326 /5/.

3.2 Подключить исследуемый полупроводниковый резистор к цифровому омметру.

3.3 Включить омметр в электрическую сеть, термометром определить комнатную температуру и измерить соответствующую величину сопротивления полупроводникового резистора (с точностью до 1 кОм) при комнатной температуре.

3.4 Включить в электрическую сеть сушильный шкаф с исследуемым полупроводниковым резистором и измерить величину его сопротивления (с точностью до 1 кОм) через каждые 10 С, изменяя температуру от 30 С до 100 С. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1 Результаты измерений и расчетов зависимости сопротивления полупроводника от температуры

№ измерения	Результаты измерений и расчетов
		,	,	, кОм		K	, Дж	, эВ	погрешность
1
2
-
n

3.5 Выключить приборы.

3.6 Построить на миллиметровой бумаге график зависимости , как на рисунке 3а, откладывая по оси абсцисс абсолютную температуру (рекомендуемый масштаб 10 К/см), а по оси ординат сопротивление (рекомендуемый масштаб 50 кОм/см).

3.7 Построить на миллиметровой бумаге график температурной зависимости , как на рисунке 3б, откладывая по оси абсцисс (рекомендуемый масштаб 0,0005 ), а по оси ординат логарифм величины сопротивления (рекомендуемый масштаб 0,1 ). Прямую провести так, чтобы примерно половина экспериментальных точек находилась над линией, а половина под ней.

3.3 Выбрать на полученной прямой две точки: первую – ближе к началу графика, вторую – ближе к концу (рисунок 3б). Определить по графику для этих точек величины: , и , . Определить угловой коэффициент прямой по формуле:

. (13)

3.4 Вычислить среднюю энергию активации электрона по формуле (12) в Дж и в эВ.

3.5 Определить погрешность , руководствуясь методическими указаниями по анализу погрешностей /6/.

3.6 Определить погрешность определения энергии активации по формуле:

, (14)

где =(1,38±0,005)∙10^-23 - постоянная Больцмана.

3.7 Представить результаты расчета энергии активации в виде:

.

3.8 Сделать выводы, и по справочнику для полупроводников определить материал по его ширине запрещенной зоны.