2. Методика измерений и расчетные формулы

В лабораторной работе измеряются следующие параметры:

1. температурный коэффициент сопротивления металла;

2. ширина запрещенной зоны полупроводника;

3. энергии Ферми;

4. энергия ионизации атомов примеси.

Температурный коэффициент сопротивления металла вычисляется по формуле:

_{, (1.20)}

_{где R0 – сопротивление проводника при температуре t = 0 °C/}

_{Для собственных полупроводников имеет место следующее выражение для сопротивления:}

_{, (1.21)}

_{Данное выражение в координатах lnR и 1/T представляет собой уравнение прямой, тангенс угла наклона которой можно определить по графику, построенному по экспериментальным точкам (рис. 1.7).}

Рис.1.7 – Экспериментальное определение ширины запрещенной зоны.

В результате, ширину запрещенной зоны можно рассчитать по формуле:

_{. ( 1.22)}

_{Для примесного полупроводника при вычисления необходимо воспользоваться линейной частью зависимости lnR = f ( 1/T ), расположенной в области малых значений 1/Т ( т.е. в области высоких температур).}

В собственных полупроводниках уровень Ферми располагается в середине запрещенной зоны, следовательно, определив ширину запрещенной зоны, можно рассчитать энергию Ферми:

_{. (1.23)}

Для полупроводников, имеющих примеси, проводимость при низких температурах определяется в основном проводимостью примеси.

_{Для примесных полупроводников имеет место следующее выражение для сопротивления:}

_{, (1.24)}

где Е_i – энергия ионизации атомов примеси.

При низких температурах получим формулу, аналогичную (1.22)

_(1.25)

3. Описание установки

Установка состоит из объекта исследования ОИ и устройства измерительного УИ. (рис.1.8) Для нагрева образцов служит электропечь. Температура образцов измеряется датчиком измерителя температуры на измерительном устройстве.

Рис.1.8 – Установка ФЭП – 7:

1 - переключатель СЕТЬ; 2- переключатель ОБРАЗЕЦ; 3- индикатор сети;

4- индикатор вентилятора; 5- смотровое окно; 6- кнопка нагрева образцов;

7- кнопка включения/выключения вентилятора объекта исследования;

8- кнопка индикации значения температуры;

9 - индикатор измеряемых величин.

На передней панели объекта исследования (ОИ) находится окно (5), позволяющее наблюдать образцы, установленные в электропечи. На этой же панели расположены органы управления и индикации:

- переключатель СЕТЬ (1) предназначен для включения и выключения объекта исследования;

- переключатель ОБРАЗЕЦ (2) предназначен для поочередного подключения образцов к измерительному входу устройства измерительного;

-- индикаторы СЕТЬ (3) и ВЕНТ (4) предназначены для индикации включения питания ОИ и включения вентилятора.

Положение переключателя ОБРАЗЕЦ соответствует подключению следующих образцов:

- «1» - металл; «2» - сплав с низким температурным коэффициентом сопротивления; «3» - полупроводник; «0» - измерительный вход УИ закорочен.

На передней панели устройства измерительного (УИ) размещены следующие органы управления и индикации:

- кнопки НАГРЕВ (6) и ВЕНТ (7) предназначены для включения и выключения (путем повторного нажатия) электропечи и вентилятора ОИ;

- кнопка СТОП ИНД (8) предназначена для включения и выключения (путем повторного нажатия) режима остановки индикации значений температуры и сопротивления при снятии показаний с индикаторов. При включении этого режима показания на измерительных индикаторах фиксируются в том состоянии, в котором они находились при нажатии кнопки СТОП ИНД, при этом режим работы установки не изменяется. При повторном нажатии происходит выключение данного режима и на индикаторах снова отображаются текущие значения измеряемых величин;

- индикатор (9) предназначен для индикации измеряемых величин и режимов работы. В верхней части индикатора отображается температура (t) в градусах Цельсия, в нижней – сопротивление (R) в Ом. В правом верхнем углу индикатора отображаются также следующие режимы работы с одноименными кнопками: WARM (нагрев), COOL ( охлаждение), FIXED (стоп индикация).

На задней панели устройства измерительного расположен выключатель СЕТЬ.