Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа №27
“ Изучение зависимости-сопротивления металлов и полупроводников от температуры”.
Цель работы: С использованием цифрового вольтметра научиться определять зависимость сопротивления металлов и полупроводников от температуры.
Теоретическое введение
Все твердые тела по своим электрическим свойствам делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. Проводимость проводников обусловлена наличием в них свободных электронов.
Согласно электронной теория удельная электропроводность (),где р - удельное электросопротивление) определяется формулой:
(1)
где: е и m – заряд и масса электрона;
n0 - число свободных электронов в единице объема;
- средняя длина свободного пробега электронов;
U - средняя скорость электронов.
Скорость электронов (U) в металлах от температуры практик чески не зависит (U=const(T)). Средняя длила свободного пробега с ростом температуры уменьшается, т.к. увеличивается колебательное движение положительных ионов, составляющих кристаллическую решетку и, соответственно, увеличивается число столкновений электронов с ионами, т.ё.
Следовательно, с ростом температуры проводимость проводника уменьшается.
Проводимость полупроводников, согласно зонной теории, твердых тел, меняется с изменением температуры по следующему закону:
(2)
где - постоянный коэффициент, соответствующий электропроводности полупроводника при ;
- ширина запрещенной зоны для данного полупроводника, так называемая энергия активизации;
К - постоянная Больцмана.
Используя зависимость , формулу (2) можно выразить в следующем виде: (3)
С повышением температуры растет число электронов, энергия которых больше энергии активизации, т.е. достаточна для их перехода из заполненной зона в зону проводимости. Поэтому с ростом температуры проводимость чистых полупроводников растет. Если в полупроводнике есть примеси, то с повышением температуры первыми будут освобождаться электроны атомов примеси (для них энергия активизации меньше), а при болев высоких температурах - электроны атомов полупроводника.
Если концентрация примеси невелика, то характер зависимостей проводимости чистого и примесного полупроводников от температуры одинаков. Из сравнения формул (2) и (I) следует, что проводимость полупроводника (чиотого или с малым содержанием примеси) с увеличением температуры растет быстро, тогда как проводимость проводника с ростом температуры уменьшается медленно.
При большой концентрации примесей малы расстояния между примесными атомами, велика энергия их взаимодействия, примесные уровни размываются. в зону, величина которой приблизительно равна величине запрещенной зоны чистого полупроводника, это так называемое полуметалличёское состояние полупроводника. Пока полупроводник находится в таком состоянии, его проводимость уменьшается с ростом температуры.
При дальнейшем повышении температуры эффект уменьшения проводимости перекрывается – ростом проводимости, характерным для полупроводников (чистых или с малым содержанием примеси).
Изучение зависимости сопротивления проводника и полупроводника от температуры, а также определение энергии активации чистого полупроводника посвящена настоящая работа.
Приборы и принадлежности.
Цифровой вольтметр (В7-16А) (рис.1)
Амперметр (А).
3. Сосуд с исследуемым проводником и полупроводником
4. Термометр (T)
5. Электронагреватель (Э)
6. Двигатель (Д)
7. Мешалка (М)
8. Переключатель (П)
Порядок выполнения работы:
Логарифмируя уравнение (3), получим:
,
где:
- переменная величина.
Из рис. 2 видно, что тангенс угла наклона линейной части кривой к оси абсцисс выражается , откуда ширина запрещенной зоны:
Рекомендация: Для нахождения воспользуемся рис. 3.
Ход работы:
|
t, 0C |
Сопротивление проводника Rпр, Ом |
Сопротивление полу проводника Rпп, Ом |
|
26 |
780 |
454,8 |
|
36 |
634,7 |
464 |
|
46 |
517 |
477 |
|
56 |
423 |
493 |
|
66 |
350 |
508 |
|
76 |
292 |
524 |
|
86 |
245 |
540 |
|
96 |
207 |
557 |
Вывод: с использованием цифрового вольтметра научились определять зависимость сопротивления металлов и полупроводников от температуры.
Рис. 3
Рис. 2
Рис. 1. Схема установки