Лабораторная работа №1 / ФОМЭ(1)
.docМинистерство общего образования РФ
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет
Кафедра ФОМЭ
Лабораторная работа №1
“Исследование температурной зависимости проводимости полупроводников”
Выполнили: Кудряшов В.
Смирнов И.
Рачеев Р.
Группа № 9322
Проверила:
Санкт-Петербург
2001г.
Цель работы – исследование температурной зависимости проводимости полупроводников с различной шириной запрещенной зоны.
1.1 Описание установки.
Исследование температурной зависимости сопротивления полупроводников производится на установке, состоящей из термостата с образцами полупроводниковых материалов и омметра, подключаемого поочередно к каждому из образцов. Исследуемые образцы представляют собой параллелепипеды длинной l и поперечным сечением S с двумя омическими контактами и выводами. Термостат с образцами расположен внутри установки. Для изменения температуры в него вмонтирован калиброванный датчик температуры. Отсчет температуры производится в градусах Цельсия со шкалы миллиамперметра, расположенного на лицевой панели установки. Коммутация образцов с омметром осуществляется с помощью переключателя, выведенного на лицевую панель. На лицевой панели расположен и переключатель ступенчатого изменения температуры термостата. Здесь же указаны геометрические размеры образцов и приведены формулы для вычисления подвижности носителей заряда.
1.2 Обработка результатов.
-
Удельное сопротивление материалов вычисляем по формуле =RS/l ,где R – сопротивление образца; S – площадь поперечного сечения; l – длина образца.
И вычисляем удельную проводимость как =1/. Результаты занесены в
таблицу 1.1.
-
По данным табл. 1.1 строим температурную зависимость удельной проводимости, откладывая по оси абсцисс
,
а по оси ординат – значения проводимости
в логарифмическом масштабе. Графики
для
всех исследованных материалов приведены
на одном рисунке.
-
По данным той же таблицы рассчитали концентрацию доноров в кремнии и германии при комнатной температуре. В предположении, что все донары ионизированы и собственная электропроводность еще не наступила,
,где
Kл
– заряд электрона; n
- подвижность электронов.
Результаты записаны в таблице 1.2.
-
Пользуясь графиком
,
определяем ширину запрещенной зоны
полупроводника, обладающего собственной
электропроводимостью. Ширина запрещенной
зоны полупроводника (экстраполированная
к ОК) вычисляется по формуле:
,
где
эВ/K
;
и
–
собственные концентрации носителей
заряда при двух значениях температуры
,
в
области собственной электропроводности.
Собственная концентрация носителей
заряда находится из выражения:
где p – подвижность дырок в данном полупроводнике.
Эsi= 0,8796
Эge= 0,8904
ЭsiC= 0,15129
ЭinSb= 0,47956
-
Пользуясь графиком
,
определяем
энергию ионизации примесей для
полупроводника, обладающего примесной
электропроводностью в исследованном
интервале температур. Энергия ионизации
примесей вычисляется по формуле:
,
где
и
–
температуры в области примесной
электропроводностьи;
и
- соответствующие
им концентрации носителей заряда.
ЭпрSi= 0,80268
ЭпрGe= 0,81346
ЭпрSiC= 0,07441
ЭпрInSb= 0,03319
Таблица 1.1
|
Исследуемые материалы |
|
|
R,Ом |
|
|
|
|
|
298 |
0,003355 |
910 |
0,006006 |
166,5 |
5,1089 |
|
|
303 |
0,0033 |
958 |
0,0063228 |
158,15 |
5,0635 |
|
|
310,5 |
0,003221 |
1014 |
0,0066924 |
149,42 |
5,0067 |
|
|
315,5 |
0,003169 |
1042 |
0.0068772 |
145,4 |
4,9794 |
|
|
322 |
0,003105 |
1092 |
0,0072072 |
138,75 |
4,9326 |
|
Si |
333 |
0,003003 |
1174 |
0,0077484 |
129,05 |
4,8601 |
|
|
345,5 |
0,002894 |
1264 |
0,0083424 |
119,86 |
4,7863 |
|
|
360 |
0,002777 |
1376 |
0,0090816 |
110,11 |
4,7014 |
|
|
382 |
0,002617 |
1568 |
0,0103488 |
96,62 |
4,5707 |
|
|
398 |
0,002512 |
1741 |
0,0114906 |
87,02 |
4,4661 |
|
|
413 |
0,002421 |
1953 |
0,0128898 |
77,58 |
4,3513 |
|
|
298 |
0,003355 |
879 |
0,0058014 |
172,37 |
5,1496 |
|
|
303 |
0,0033 |
932 |
0,0061512 |
162,56 |
5,091 |
|
|
310,5 |
0,003221 |
978 |
0,0064548 |
154,92 |
5,0429 |
|
|
315,5 |
0,003169 |
1002 |
0,0066132 |
151,21 |
5,0186 |
|
|
322 |
0,003105 |
1038 |
0,0068508 |
145,96 |
4,9833 |
|
Ge |
333 |
0,003003 |
1068 |
0,0070488 |
141,86 |
4,9548 |
|
|
345,5 |
0,002894 |
1032 |
0,0068112 |
146,81 |
4,9891 |
|
|
360 |
0,002777 |
882 |
0,0058212 |
171,78 |
5,1462 |
|
|
382 |
0,002617 |
566 |
0,0037356 |
256,69 |
5,5478 |
|
|
398 |
0,002512 |
351 |
0,0023166 |
431,66 |
6,0676 |
|
|
413 |
0,002421 |
217 |
0,0014322 |
698,22 |
6,5485 |
|
|
298 |
0,003355 |
7552 |
0,0498432 |
20,06 |
2,9987 |
|
|
303 |
0,0033 |
6106 |
0,0402996 |
24,81 |
3,2112 |
|
|
310,5 |
0,003221 |
5457 |
0,0360162 |
27,76 |
3,3235 |
|
|
315,5 |
0,003169 |
5026 |
0,0331716 |
30,14 |
3,4058 |
|
|
322 |
0,003105 |
4414 |
0,0291324 |
34,32 |
3,5357 |
|
SiC |
333 |
0,003003 |
3615 |
0,023859 |
41,91 |
3,7355 |
|
|
345,5 |
0,002894 |
2944 |
0,0194304 |
51,46 |
3,9408 |
|
|
360 |
0,002777 |
2322 |
0,0153252 |
65,25 |
4,1782 |
|
|
382 |
0,002617 |
1611 |
0,0106326 |
94,05 |
4,5438 |
|
|
398 |
0,002512 |
1209 |
0,0079794 |
125,32 |
4,8309 |
|
|
413 |
0,002421 |
874 |
0,0057684 |
173,35 |
5,1553 |
|
|
298 |
0,003355 |
14,4 |
0,00009504 |
10521 |
9,2611 |
|
|
303 |
0,0033 |
11,9 |
0,00007854 |
12732 |
9,4518 |
|
|
310,5 |
0,003221 |
10,7 |
0,00007062 |
14160 |
9,5581 |
|
|
315,5 |
0,003169 |
9,9 |
0,00006534 |
15304 |
0,6358 |
|
|
322 |
0,003105 |
8,6 |
0,00005676 |
17618 |
9,7766 |
|
lnSb |
333 |
0,003003 |
7,7 |
0,00005082 |
19677 |
9,8872 |
|
|
345,5 |
0,002894 |
6,1 |
0,00004026 |
24838 |
10,1201 |
|
|
360 |
0,002777 |
4,8 |
0,00003168 |
31565 |
10,3598 |
|
|
382 |
0,002617 |
3,2 |
0,00002112 |
47348 |
10,7652 |
|
|
398 |
0,002512 |
2,6 |
0,00001716 |
58275 |
10,9729 |
|
|
413 |
0,002421 |
2,1 |
0,00001386 |
72150 |
11,1865 |
,K
,
,Ом*м
,
См/м
Г рафики.
Таблица 1.2
|
Исследуемые материалы |
,Ом*м |
, См/м |
|
|
|
|
0,006006 |
166,5 |
0,1525 |
682E19 |
|
|
0,006323 |
158,15 |
0,1463 |
675E19 |
|
|
0,006692 |
149,42 |
0,1376 |
678E19 |
|
|
0,006877 |
145,4 |
0,1322 |
687E19 |
|
|
0,007207 |
138,75 |
0,1256 |
690E19 |
|
Si |
0,007748 |
129,05 |
0,1155 |
698E19 |
|
|
0,008342 |
119,86 |
0,1053 |
711E19 |
|
|
0,009082 |
110,11 |
0,0950 |
724E19 |
|
|
0,010349 |
96,62 |
0,0819 |
767E19 |
|
|
0,011491 |
87,02 |
0,0739 |
735E19 |
|
|
0,01289 |
77,58 |
0,0674 |
719E19 |
|
|
0,005801 |
172,37 |
0,3943 |
273E19 |
|
|
0,006151 |
162,56 |
0,3861 |
263E19 |
|
|
0,006455 |
154,92 |
0,3683 |
262E19 |
|
|
0,006613 |
151,21 |
0,3587 |
263E19 |
|
|
0,006851 |
145,96 |
0,3467 |
263E19 |
|
Ge |
0,007049 |
141,86 |
0,3279 |
270E19 |
|
|
0,006811 |
146,81 |
0,3085 |
297E19 |
|
|
0,005821 |
171,78 |
0,2881 |
372E19 |
|
|
0,003736 |
256,69 |
0,2611 |
614E19 |
|
|
0,002317 |
431,66 |
0,2439 |
1106E19 |
|
|
0,001432 |
698,22 |
0,2293 |
1903E19 |
|
|
0,049843 |
20,06 |
0,01006 |
1246E19 |
|
|
0,0403 |
24,81 |
0,0099 |
1566E19 |
|
|
0,036016 |
27,76 |
0,0096 |
1807E19 |
|
|
0,033172 |
30,14 |
0,0095 |
1982E19 |
|
|
0,029132 |
34,32 |
0,0093 |
2306E19 |
|
SiC |
0,023859 |
41,91 |
0,0090 |
291E19 |
|
|
0,01943 |
51,46 |
0,0086 |
3739E19 |
|
|
0,015325 |
65,25 |
0,0083 |
4913E19 |
|
|
0,010633 |
94,05 |
0,0078 |
7536E19 |
|
|
0,007979 |
125,32 |
0,0075 |
10443E19 |
|
|
0,005768 |
173,35 |
0,0072 |
15047E19 |
|
|
9,5E-05 |
10521 |
7,8837 |
834E19 |
|
|
7,85E-05 |
12732 |
7,6867 |
1035E19 |
|
|
7,06E-05 |
14160 |
7,3812 |
1198E19 |
|
|
6,53E-05 |
15304 |
7,1951 |
1329E19 |
|
|
5,68E-05 |
17618 |
6,9640 |
1586E19 |
|
lnSb |
5,08E-05 |
19677 |
6,6005 |
1863E19 |
|
|
4,03E-05 |
24838 |
6,2225 |
1490E19 |
|
|
3,17E-05 |
31565 |
5,8260 |
3386E19 |
|
|
2,11E-05 |
47348 |
5,2984 |
5585E19 |
|
|
1,72E-05 |
58275 |
4,9614 |
7341E19 |
|
|
1,39E-05 |
72150 |
4,6760 |
9643E19 |
Вывод: Мы исследовали температурную зависимость проводимости полупроводников с различной шириной запрещенной зоны.