Отчёт по лабораторной работе №1
.docСанкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет им.В.И.Ульянова(Ленина) «ЛЭТИ»
кафедра микроэлектроники
Отчёт по лабораторной работе №1
«Исследование электрических свойств проводниковых материалов»
Выполнил: ст. гр. 6862
Преподаватель:
Санкт - Петербург
2008 г.
Основные понятия.
К основным электрическим характеристикам проводниковых материалов относят: удельное сопротивление , температурный коэффициент удельного сопротивления , удельную термоЭДС t.
Наилучшими проводниками электрического тока являются металлы. В этих веществах выражение для удельного сопротивления выражается формулой:
где m, e - масса и заряд электрона; u - средняя скорость теплового движения; n0 - концентрация свободных электронов; - средняя длина свободного пробега.
Относительное изменение удельного сопротивления при изменении температуры на 1К называют температурным коэффициентом удельного сопротивления:
Для многих двухкомпонентных сплавов измерение остаточного сопротивления от состава хорошо описывается параболической зависимостью вида:
где xA, xB - атомные доли компонента в сплаве.
В микроэлектронике широко применяются в качестве различных элементов схем тонкие металлические пленки. Для сравнительной оценки проводящих свойств пленки пользуются сопротивлением квадрата поверхности R0 = /d, где - удельное сопротивление слоя толщиной d.
Термоэлемент, составленный из двух различных проводников, образующих замкнутую цепь, называют термопарой. Если цепь разорвать в произвольном месте, то на концах разомкнутой цепи появятся термоэлектродвижущая сила. В относительно небольшом температурном интервале термоЭДС пропорциональна разности температур контактов: U = T (T2 - T1).
Описание установки.
Измерение сопротивления проводников и термоЭДС термопар производится с помощью ампервольтомметра Ф-30, постоянно подключенного к установке. Все исследуемые образцы расположены в корпусе установки, причем резисторы R1, R2 и R3 и один из спаев термопар помещены в термостат. Подключение образцов к измерительному прибору производится при помощи нажатия соответствующей кнопки на лицевой панели установки.
Обработка результатов.
Сопротивление квадрата поверхности металлических пленок вычисляется по формуле:
R0 = Rb/l, где R - сопротивление образца; b - ширина резистивного слоя; l - длина пленки. Результаты вычислений приведены в таблице:
|
Материал |
R, Ом |
b, мм |
l, мм |
R0, Ом |
|
Плен. №1 |
40,4 |
2,5 |
0,2 |
505 |
|
Плен. №2 |
775,2 |
2 |
3,25 |
477,0461538 |
|
Плен. №3 |
3191 |
0,6 |
9,5 |
201,5368421 |
Удельное сопротивление металлических проводников вычисляется по формуле: = RS/l, где R - сопротивление образца; S - площадь поперечного сечения; l - длина проводника. Результаты вычислений приведены в таблице:
|
Материал |
R, Ом |
L, м |
D, мм |
S, мм2 |
, мкОм*м |
|
Манганин |
105 |
1530 |
0,1 |
0,539 |
105 |
|
Медь |
13,5 |
11600 |
0,13 |
0,015 |
13,5 |
|
Нихром |
3,2 |
1000 |
0,7 |
1,232 |
3,2 |
|
Константан |
245 |
1300 |
0,25 |
9,251 |
245 |
|
Никель |
3 |
1700 |
0,25 |
0,087 |
3 |
На основании
приборных показаний, температурный
коэфф-т удельного сопротивления вычис-
ляется по формуле:
= R
+ l,
где R
и l
- температурные коэфф-ты сопротивления
и линейного расширения соотв., причем:
,
где RT
- сопротивление образца при данной
температуре. Величина
вычисляется путем линейной аппроксимации
зависимости R(t).
Результаты вычислений приведены в таблице:
-
Медь
Никель
Констант
t0, С
Rt, Ом
, K-1
t0, С
Rt, Ом
, K-1
t0, С
Rt, Ом
, K-1
58
68,2
0,0018495
58
24,7
0,0030022
58
26,7
-0,000157
62
68,8
0,0018336
62
24,8
0,0029901
62
26,4
-0,000159
70
69,7
0,0018101
70
25,1
0,0029545
70
26,3
-0,000160
84
71,5
0,001765
84
26
0,0028527
84
26,2
-0,000161
100
73,9
0,0017082
100
27,3
0,0027175
100
26,2
-0,000161
118
76,2
0,0016571
118
28,7
0,0025855
118
26,4
-0,000159
142
79,6
0,0015871
142
30,7
0,0024179
142
26
-0,000162
170
83
0,0015227
170
32,6
0,0022777
170
26
-0,000162
200
86,4
0,0014635
200
35
0,0021224
200
27
-0,000155
230
89,7
0,0014102
230
37,4
0,0019871
230
25,9
-0,000163
График зависимости сопротивлений исследуемых материалов от температуры:
Здесь
для меди 0,37, для никеля 0,11, для константана
–0,043.
График зависимости температурных коэффициентов удельных сопротивлений Cu и Ni:
График зависимости температурного коэффициента удельного сопротивления константана:
Уд. сопротивление сплавов Cu-Ni м.б. получено по формуле: Cu-Ni = NixNi + Cu(1 - xNi) + axNi(1 - xNi), где а = 2,23, xNi - содержание никеля в сплаве в относительных долях по массе.
Результаты вычислений приведены в таблице:
|
Xni |
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
|
, мкОм |
0,015447 |
0,386483 |
0,579118 |
0,593354 |
0,429189 |
0,10799 |
|
, K-1 |
0,001850 |
0,000194 |
0,000209 |
0,000282 |
0,000498 |
0,002387 |
Здесь:
= axNi(1
- xNi)
;
.
График зависимости удельного сопротивления сплава Cu-Ni от концентрации Ni.
Ось X - [Ni]; Ось Y - , мкОм*м, при температуре t = 200,С, ось Y2 , К-1, при температуре t = 200,С..
Зависимость ЭДС исследуемых термопар от температуры:
|
t,C |
tx, c |
t, c |
|
Uab, мВ |
|
|
|
|
|
Медь-манганин |
Медь-железо |
Медь-константан |
|
58 |
25 |
33 |
0,5 |
1,2 |
1,4 |
|
62 |
26 |
36 |
0,6 |
1,5 |
1,7 |
|
70 |
27 |
43 |
0,7 |
1,9 |
2,1 |
|
84 |
28 |
56 |
0,7 |
2,2 |
2,6 |
|
100 |
28 |
72 |
0,8 |
2,8 |
3,2 |
|
118 |
28 |
90 |
0,9 |
3,2 |
3,9 |
|
142 |
28 |
114 |
0,9 |
3,8 |
4,8 |
|
170 |
29 |
141 |
1 |
4,4 |
5,9 |
|
200 |
30 |
170 |
1 |
5 |
6,7 |
|
230 |
31 |
199 |
1,1 |
5,5 |
7,8 |
График зависимости ЭДС исследуемых термопар от температуры.
Ось X - t, С ; Ось Y - UAB, мВ
