Зависимость коэффициента термоЭдс от концентрации свободных носителей

Изменение коэффициента термоЭДС в примесном полупроводнике в зависимости от концентрации свободных носителей показано на рис. 3. Для невырожденного полупроводника коэффициенты термоЭДС _n и _p определяются формулами (11) и (12). Зависимость _n=f(lnn) линейна, тангенс угла наклона равен tg=k/e=86 мкВ/К. С ростом концентрации носителей зависимость _n(n) приобретает более сложный характер и для вырожденного полупроводника определяется выражением (15).

Рис. 3. Зависимость коэффициента термоЭДС  от концентрации носителей

В полупроводнике со смешанной проводимостью термоЭДС описывается соотношением (13). ТермоЭДС обращается в нуль при выполнении условия (рис.3). Уменьшение  в области малых концентраций n и p связано с тем, что  определяется разностью вкладов в термоЭДС электронов и дырок.

Измерительная установка

В полупроводниках коэффициент термоЭДС измеряется следующим образом. Вдоль образца поддерживается градиент температуры, а возникающая на концах образца разность потенциалов измеряется вольтметром.

Для измерения коэффициента термоЭДС используют два метода, почти равнозначных по применимости и точности, - интегральный и дифференциальный. При интегральном методе один из концов образца поддерживается при постоянной температуре, скажем, 0 °С, а термоЭДС измеряется в зависимости от температуры другого конца.

При дифференциальном методе изменяется температуре обоих концов образца, но между ними всегда остается малая разность температур (1-2 °С). При этом исследуется зависимость термоЭДС от средней температуры образца.

Более предпочтителен дифференциальный метод, так как на его результатах меньше сказывается нелинейная зависимость термоЭДС от температуры.

Температура концов образца измеряется с помощью термопар. Далее приведены значения термоЭДС некоторых металлов и сплавов по отношению к свинцу для интервала температур 0 - 100 °С:

Материал	, в мкВ/град
свинец медь константан копель алюмель хромель	0,0 +3,2 -38 -38 -17,3 +24

ТермоЭДС термопары определяется алгебраической суммой термоЭДС каждого из материалов

, (16)

где - температура спая термопары; - температура холодных концов.

Из выражения (16) следует, что термоЭДС равна нулю, если спай термопары и его свободные концу находятся при одинаковой температуре.

В лабораторной работе изучение температурной зависимости термоЭДС германия проводится на монокристаллических образцах в диапазоне температур 300 - 500 К. На рис. 4 представлена общая схема измерения термоЭДС термопар V_ТП1(T₁) и V_ТП3-ТП4(T) германия относительно меди V_Ge-Cu и германия относительно константана V_Ge-K. Спаи термопары ТП₁ и ТП₂ находятся в электрическом контакте с образцом. Поскольку термоЭДС металлов мала по сравнению с термоЭДС проводника, можно считать, что измеряемые значения V_Ge-Cu и V_Ge-K соответствуют термоЭДС германия. Образец германия находится в термокамере, температура T₁в которой определяется термопарой ТП₁. На другом конце образца закреплена малая печь, которая служит для создания градиента температур (T=1-2 ⁰C) вдоль образца. Измерение градиента температур проводится с помощью термопар ТП₃ и ТП₄.

Рис.4. Общая схема измерения термоЭДС термопар V_ТП1(T₁) и V_ТП3-ТП4(T) германия относительно меди V_Ge-Cu и германия относительно константана V_Ge-K

Спаи этих термопар прижаты к торцам образца, но электрически изолированы от него. Термопары включены навстречу друг другу, поэтому в их цепи действует термоЭДС V_ТП3-ТП4, пропорциональная разности температур между концами образца.

Температуре образца находится как среднеарифметическое Т_обр=(Т₁+Т)/2.