Описание лабораторной установки
Лабораторная установка для изучения температурной зависимости проводимости полупроводников представлена на рис. 13. Она состоит из термокамеры I с образцом 2, к которому сформированы пять контактов.
Через контакты I и II в образце задается ток от источника питания 3. Величина тока контролируется цифровым вольтметром 4, работающим в режиме измерения тока. Разность потенциалов между контактами III и IV измеряется цифровым вольтметром 5, входное сопротивление которого много больше сопротивления участка полупроводника между контактами. Температура контролируется термопарой (контакты VШ и IX).
Рис.13. Схема измерительной установки: I - термокамера; 2 - образец; 3, 6 - источник питания; 4, 5, 8 - вольтметры; 7 - регулятор температуры; I - IX - контакты.
Порядок выполнения работы
1. Измерить температурную зависимость проводимости германия. Для этого:
- измерить разность потенциалов между контактами III и IV при значениях токов, указанных в рабочем задании;
- изменить направление тока изменением полярности источника питания и повторно измерить разность потенциалов между контактами III и IV;
- рассчитать точные значения разности потенциалов по формуле
где U+ и U- - величины, измеренные в соответствии при прямой и обратной полярности источника питания; измерения при смене полярности необходимо проводить для устранения влияния термо-ЭДС, которая может возникнуть из-за некоторого градиента температуры между точками III и IV;
- рассчитать проводимость по формуле
где I – ток, протекающий через образец, ℓ - расстояние между контактами III и IV; S - площадь поперечного сечения образца;
- повторить измерения при заданных температурах и результаты измерений занести табл.4.
Таблица 4
Экспериментальные результаты
№ п/п |
U*, мВ |
t, 0C |
T, K |
I, мА |
U+, мВ |
U-, мВ |
Uσ, мВ |
σ, Омсм-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* - напряжение, измеряемое вольтметром 8 (см. рис. 13) |
||||||||
2. Построить график зависимости величины от абсолютной температуры в координатах ln(103T-1).
3. Отметить на графике участки примесной и собственной проводимости.
4. Из наклона прямой на участке собственной проводимости рассчитать ширину запрещенной зоны по формуле (13).
5. Рассчитать ширину запрещенной зоны при комнатной температуре (300 К) по формуле (11).
Контрольные вопросы
1. Отличие металлов, диэлектриков и полупроводников с точки зрения зонной теории.
2. Понятия “эффективная масса” и “дырка”.
3. Механизм примесной проводимости с точки зрения зонной теории.
5. Функции распределения Ферми-Дирака и Максвелла-Больцмана.
6. Положение уровня Ферми в не вырожденном и вырожденном полупроводниках.
7. Температурная зависимость концентрации основных носителей в полупроводниках.
8. Температурную зависимость подвижности в полупроводниках.
9. Определение ширины запрещенной зоны из измерений температурной зависимости электропроводности.
Лабораторная работа № 3
Определение электрофизических параметров полупроводников
по температурным зависимостям постоянной Холла и
удельного сопротивления
Цель работы: определение типа проводимости и концентрации примесного невырожденного полупроводника по температурной зависимости постоянной Холла, расчет ширины запрещенной зоны и дрейфовой подвижности носителей.