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
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «Московский государственный открытый университет имени В.С. Черномырдина»
Чебоксарский политехнический институт (филиал)
Кафедра «Физики»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.3
Температурная зависимость сопротивления проводников и полупроводников
Выполнил:
студент 1 курса
специальности 220400
очного отделения
Замуткин Иван Владимирович
учебный шифр 612216
Проверил:
Старший преподаватель Андреев Владимир Александрович
Чебоксары 2012
Температурная зависимость сопротивления проводников и полупроводников
Цель работы: изучение температурных свойств проводников и полупроводников.
Приборы и принадлежности: набор проводников, термистор, два омметра, водонагреватель, кусочки льда.
Электропроводность металлов
В металлах внешние (валентные) электроны обобществляются и могут свободно перемещаться по всему объему проводника. В подавляющем большинстве чистых металлов эти свободные электроны являются единственными носителями заряда. При приложении к проводнику электрического поля Ε в нем возникает электрический ток - направленное движение электронов. Плотность тока равна
j=qnvД,
где q = -e – заряд электрона (элементарный заряд), n – концентрация электронов, vд - скорость дрейфа электронов. Согласно закону Ома плотность тока пропорциональна Ε
j = σΕ,
где σ - удельная электрическая проводимость (удельная электропроводность) проводника. Это означает, что скорость дрейфа электронов пропорциональна напряженности электрического поля
vд=u Ε,
где u - подвижность электронов. Для отрицательно заряженных частиц (например электронов) u < 0, для положительно заряженных (например, дырок в полупроводниках) - u > 0. Поэтому
enu Ε,
Следовательно, удельная электропроводность равна
а = епи,
Величина обратная удельной электропроводности называется удельным электрическим сопротивлением
Электропроводность полупроводников
Характерной особенностью полупроводников является ярко выраженная температурная зависимость удельного электрического сопротивления. С повышением температуры на один градус удельное сопротивление полупроводников уменьшается, как правило, на 5-6 %. Именно на этом свойстве полупроводников основано использование терморезистора (термистора). В полупроводниках (кремний, германий и др.) при низких температурах все валентные электроны атомов участвуют в образовании ковалентных связей. Для того, чтобы электрон получил возможность перемещаться и переносить электрический ток (стал свободным), ему нужно сообщить энергию, достаточную для вырывания его из ковалентной связи. После отрыва от двух соседних нейтральных атомов, связанных ковалентной связью, одного электрона они приобретают положительный заряд. Такую систему с отсутствием электрона называют дыркой. Дырки также могут двигаться по полупроводнику и участвовать в переносе электрического тока. Это происходит при переходе на место дырки электрона из соседей ковалентной связи, где и оказывается новое положение дырки. При наличии достаточно большого числа свободных электронов и дырок полупроводник оказывается способным обеспечить прохождение электрического тока. Чем больше свободных электронов, тем меньше сопротивление полупроводника. Увеличение концентрации электронов в зоне проводимости легко обеспечивается небольшим увеличением температуры, что делает явным коренное отличие полупроводника от металла: сопротивление полупроводников при увеличении температуры не увеличивается, а уменьшается.
Полупроводники высокой степени очистки в области не слишком низких температур обладают электрической проводимостью, обусловленной наличием в них собственных носителей тока — электронов и дырок с зарядом q=e. Эту проводимость называют собственной проводимостью полупроводника.
В соответствии с наличием в собственном полупроводнике двух типов носителей — электронов и дырок — его удельная электропроводность складывается из σ = enun, обусловленной наличием свободных электронов, имеющих концентрацию n и подвижность un и σ = epup, обусловленной
наличием дырок, имеющих концентрацию р и подвижность up. Так как n = p то полная удельная электропроводность собственного полупроводника
σ = σn+ σp=en(/un /+ up).
Зависимость сопротивления R полупроводников от температуры T в определённых температурных интервалах описывается выражением:
где R0 - константа, имеющая смысл предельного сопротивления при T -> , ^E -
энергия активации (высота энергетического барьера). Под энергией активации понимается энергия, которую нужно затратить, чтобы перевести электрон из связанного состояния в свободное. Ее величина менее 1 эВ. Уменьшение сопротивления с возрастанием температуры, в основном, объясняется увеличением количества носителей тока, т.е. концентрации свободных электронов и дырок. Наличие отрицательного температурного коэффициента сопротивления является характерным свойством полупроводников. Из уравнения следует, что
|
Проводник |
Термистор |
t, ºC |
T, K |
1/T, K-1 |
||
|
№ |
R |
R |
ln R |
|||
|
1 |
||||||
|
… |
||||||
|
6-7 |