5 Контрольні питання
Під час підготовки до лабораторної роботи необхідно вивчити:
теоретичний матеріал з теми “Зонна теорія твердих тіл”. Для вивчення використати конспект лекцій та підручники1;
матеріал, що поданий вище до даної лабораторної роботи.
Для перевірки теоретичної підготовки до лабораторної роботи дайте відповідь на такі питання:
Енергетичні зони в кристалах. Зона провідності, заборонена зона, валентна зона. Метали, напівпровідники, діелектрики з точки зору зонної теорії.
Напівпровідники. Власні, домішкові напівпровідники. Рух електронів та дірок. Власна провідність напівпровідників.
Домішкова провідність напівпровідників. Донорні рівні, акцепторні рівні.
Контакт електронного та діркового напівпровідників. Електричне поле p–n - переходу. Потенційний бар’єр p‑n ‑ переходу. Вольт-амперна характеристика. Напівпровідниковий діод.
Транзистор. База, емітер, колектор. Транзисторний підсилювач напруги.
Внутрішній фотоефект. Сонячні батареї.
Поясніть температурну залежність власного напівпровідника. Записати вираз, що описує цю залежність. Пояснити високу чутливість напівпровідників до зміни температури.
Опишіть порядок виконання лабораторної роботи, експериментальну установку.
6 Виконання роботи
За допомогою містка Уітстона вимірюємо опір напівпровідника та металу для значень температури, інтервал між якими дорівнює 5 градусам.
Експеримент припиняємо, тобто вимикаємо електроплитку, коли температура буде перебільшувати 80 оС.
Побудуємо у відповідності до таблиці 1.3 графік залежності опору металу від температури. Через експериментальні точки проведемо пряму. Пряму слід проводити так, щоб вона лежала як можна ближче до експериментальних точок та щоб по обидві її боки кількість точок була приблизно однакова.
За допомогою побудованої прямої визначаємо середнє значення температурного коефіцієнту опору та середнє значення опору провідника при температурі 0 оС <R0> (формула (1.13))
=
=
Знайдемо випадкову похибку температурного коефіцієнту опору за допомогою формули (1.14)
=
Таблиця 1.3
Температура термостата t, оС |
Опір металевого провідника, Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оцінимо похибку приладів за допомогою формули (1.15)
=
Знайдемо загальну похибку температурного коефіцієнту опору
=
Тут N = , R1= , R2= , t1= , t2= , ΔR= ,
Δt= .
|
Рисунок 1.3 – Графік залежності опору металу від температури |
Середні значення опору та температури знаходили за формулами
=
=
Побудуємо у відповідності до таблиці 1.4 графік залежності логарифму опору напівпровідника від оберненого значення абсолютної температури. Через експериментальні точки проведемо пряму. Пряму слід проводити так, щоб вона лежала як можна ближче до експериментальних точок та щоб по обидві її боки кількість точок була приблизно однакова.
За допомогою побудованої прямої визначаємо середнє значення ширини забороненої зони за допомогою формули
=
Постійна Больцмана k=1,380658∙10-23 Дж/К.
Таблиця 1.4
Температура термостата T, оК |
Опір напівпровідника Rн, Ом |
(1/T), оК-1 |
ln(Rн) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Знайдемо випадкову похибку ширини забороненої зони за допомогою формули
=
|
Рисунок 1.4 – Графік залежності логарифму опору напівпровідника від оберненого значення абсолютної температури. |
Оцінити похибку приладів за допомогою формули
=
Знайдемо загальну похибку ширини забороненої зони
=
Тут N = , R1= , R2= , 1/T1= , 1/T2= , ΔR= ,
ΔT= .
Середні значення логарифму опору та оберненої температури знаходимо за допомогою формул
=
=