Учебник Теория электрических цепей Примеры выполнения заданий и лабораторных

Методика измерения электропроводности

Расчет удельной электропроводности проводится по закону Ома на основании измерений величины тока, проходящего через кристалл п/п толщиной h и площадью S. Схема установки приведена на рис.3.

Рис.3. Схема установки для определения удельной электропроводности полупроводниковых материалов:

 медь-константановая термопара;

  нагреватель с регулируемым источником питания;

 образец

Образец вставляется между электродами и помещается в нагревательное устройство. Напряжение, подаваемое на образец от источника постоянного тока, устанавливается в пределах 0 ¸ 0,5 В. Для регистрации тока, проходящего через кристалл п/п, используется микроамперметр. Измерение температуры осуществляется с помощью медь-константановой термопары.

4. Порядок выполнения работы

 Собрать цепь, согласно схемы на рис.3, и представить для проверки преподавателю.

 Автоматическим выключателем АП включите блок питания стенда, при этом на панели питания должна загореться сигнальная лампа.

 Подать напряжение на панель, включив тумблер 24 В.

 Установить напряжение постоянного тока на образце (по указанию преподавателя), снять показания приборов при комнатной температуре и занести их в таблицу.

 Магнитным пускателем, кнопки которого расположены на панели блока питания над клеммами, отмеченными знаками 0 - 250, включите регулируемое напряжение. При этом на панели блока питания должна загореться сигнальная лампа.

 Регулятором напряжения ЛАТР, расположенном на панели блока питания, установите максимальное напряжение ( около 250 В).

 Следя за показаниями термопары с помощью милливольтметра, прогрейте установку до максимально возможной температуры - это соответствует показаниям термопары в интервале от 6 до 6,5 мВ (время разогрева около 30 минут).

 По достижении требуемой температуры ручку регулятора напряжения ЛАТР поставьте в исходное положение поворотом против часовой стрелки. внимание!: красную кнопку магнитного пускателя не отключать.

  В процессе остывания образца снять показания приборов и занести их в таблицу. Число измерений не ограничено, но должно быть не менее 20. В начале измерений целесообразно снимать показания приборов как можно чаще (например, через 0,2 мВ).

  Рассчитать удельную электропроводность образца при измеренных температурах по выражению:

где h -толщина образца, м (h = 0,35 мм); S -площадь образца, м2 (4,06.10-5 м2); I - ток, протекающий через образец, А; U - напряжение на образце, В.

11. Значение измеренной температуры в милливольтах перевести в абсолютное по градуировочному графику или по формуле:

T = 27,9313.mV0,89 + Tком + 273, K

и построить график ln f(1/T).

Таблица измеренных и рассчитанных значений

T,

 мВ

T,

К

1/T,

 К-1

I,

А

U,

В

(Омм)-1

ln 

1

3.85

390

0.00256

0.00018

0.027

0.0674

-2.70

12. Выделить участки линейной зависимости lnот 1/T и определить тангенс угла к ним:

,

где k = 1,38.10-23 Дж/К.

Вычислить E0 и E, значения перевести в электроновольты.

Определить температурный коэффициент проводимости.

5. Содержание отчета

 Цель работы.

Схема установки и таблица измерительных приборов.

Таблица измеряемых и расчетных величин.

Основные формулы и примеры расчетов.

Графический материал.

Выводы по работе.

6. Контрольные вопросы

 Механизм электропроводности в твердых телах. В чем состоит различие электропроводности проводников, полупроводников и диэлектриков с точки зрения зонной теории.

 Носители зарядов в полупроводниках. Понятие дырки. Собственная проводимость полупроводников.

 Примесные полупроводники. Типы примесных полупроводников. Основные и неосновные носители зарядов.

  Типы примесей (донорная и акцепторная). Механизм ее действия. Проводимость примесного полупроводника.

 Понятие подвижности носителей зарядов. Температурная зависимость подвижности носителей зарядов.

 Определение концентрации носителей зарядов. Концентрация носителей зарядов в собственном и примесном полупроводниках. Температурная зависимость концентрации.

 Определение ширины запрещенной зоны и энергии активации примеси по температурной зависимости электропроводности. Отличие температурных зависимостей собственной проводимости и примесной проводимости. Понятие термической ширины запрещенной зоны.

 Основные параметры, от которых зависит проводимость полупроводников.

 Электрические свойства полупроводников.

Список рекомендуемой литература

Дулин В.Н. Электронные приборы. Изд.2, переработанное. М.: Энергия, 1969.- 400 С.

 Стильбанс Л.С. Физика полупроводников. М.: Советское радио, 1967.- 452 С.

 Основы промышленной электроники: Учебник для вузов/ В.Г. Герасимов и др.; под ред. В.Г. Герасимова.- изд. 2, перераб. и доп.- М.: Высшая школа, 1978.- 336 С.

Приложение

Зависимость удельной проводимости n-Si от эффективной концентрации носителей (ND-NA) при 300 К

Таблица 1

ND-NA, см-3

(Ом см)-1

2.7 .1019

2.2 .1018

1.28 .1017

2.06 .1016

2.1 .1015

1.75 .1014

4.3 .102

9.5 .10

7 .10

10

8.1 .10-1

3 .10-2

Зависимость удельного сопротивления  n-Ge от эффективной концентрации носителей (ND-NA) при 300 К

Таблица 2

ND-NA, см-3

Ом см

1 .1013

9.4 .1013

5.1 .1014

5.1 .1015

7.5 .1015

5.5 .1016

4.2 .1017

180

17

10

0.5

0.3

0.05

0.03

Ширина запрещенной зоны для некоторых полупроводников, Е0

Таблица 3

Полупроводник

Si

Ge

AsGa

ZnO

ZnS

Е0, эВ

1.15

0.74

1.52

3.35

3.36

Градуировочный график медь-константановой термопары


На главную