Физика. Лабораторная работа № 6.8.Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников. Вариант 5
Состав работы
|
|
|
|
Необходимые программы
Работа представляет собой rar архив с файлами (распаковать онлайн), которые открываются в программах:
- Microsoft Word
Описание
1. Цель работы
Изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны
2. Теоретическое введение
Электропроводность материалов определяется выражением:
(1)
где q+ и q- - соответственно величина заряда положительных и отрицательных носителей электрического заряда, n+ и n- - концентрация соответственно положительных и отрицательных носителей заряда, µ+ и µ- - подвижности положительных и отрицательных носителей заряда.
В нашей задаче исследуется собственная электропроводность полупроводника. Поэтому положительными носителями заряда являются дырки, а отрицательными- электроны. Следовательно,
|q+| = |q-| = e
и, поскольку полупроводник собственный, то n+ = n- = n
Тогда (2)
Здесь µn и µp- подвижность электронов проводимости и дырок, соответственно.
Строго говоря, от температуры зависят и концентрация, и подвижности носителей заряда. Однако, во многих случаях в узком диапазоне температур зависимостью подвижностей от температуры можно пренебречь и считать подвижности постоянными, не зависящими от температуры. В данной работе рассматривается именно этот случай.
Зависимость концентрации собственных носителей от температуры описывается экспонентой:
(3)
Здесь Eg - ширина запрещенной зоны, k- постоянная Больцмана, T- температура образца, n0- концентрация носителей при высоких температурах.
Отсюда (4)
Обозначим n0 e(µn+µp)= и условно назовем это электропроводностью образца при бесконечно большой температуре. В результате получим выражение для электропроводности образца:
(5)
Таким образом, зависимость электропроводности собственного полупроводника от температуры является экспоненциальной. Уравнение (5) поддается экспериментальной проверке и позволяет определить ширину запрещенной зоны полупроводника Eg . Именно это и является целью данной лабораторной работы.
Прологарифмируем формулу (5). Получим:
(6)
Отсюда следует, что график зависимости от представляет собой прямую линию, что легко проверить практически. Для вычисления ширины запрещенной зоны Eg поступим следующим образом. Построим прямую (6). В уравнении (6) имеем два неизвестных: ширину запрещенной зоны Eg и логарифм электропроводности при бесконечно большой температуре lns 0. Возьмем на прямой (6) две произвольные точки. Уравнение (6) для этих точек запишется как
(7)
Решив эту систему относительно Eg получим:
(8)
Формула (8) является рабочей для вычисления ширины запрещенной зоны полупроводника.
В данной работе полупроводниковый образец выполнен в виде параллелепипеда, имеющего длину l, ширину a и высоту b. Для вычисления электропроводности образца воспользуемся законом Ома. Электрическое сопротивление образца по закону Ома равно
(9)
где U- электрическое напряжение на образце, I- сила тока через образец. Приняв во внимание геометрию образца и связь электропроводности и удельного сопротивления найдем выражение для электропроводности полупроводникового образца
(10)
где S=ab- площадь поперечного сечения образца.
3. Описание лабораторной установки
Схема лабораторной установки приведена на рис.1.
Сила тока источника (1) не зависит от сопротивления нагрузки. Нагрузкой источника является образец (2). Сила тока, протекающего через образец, регистрируется миллиамперметром (3), а напряжение на образце измеряется при помощи вольтметра (4). Образец наклеен на электроизолирующую теплопроводную пластину и помещен в печь (5) с маслом. Туда же помещен термометр (6) для измерения температуры образца.
4. Задание
Выполняется по вариантам.
Вариант Сила тока, мА
1 3
2 3,8
3 4,6
4 5,4
5 6,2
6 7
7 7,8
8 8,6
9 9,4
10 10
1. Установить силу тока через образец в соответствии с вариантом. Записать силу тока в отчет по лабораторной работе.
2. Изменяйте температуру образца от 250С до 800С через 50С, каждый раз записывая напряжение на образце. Полученные данные занесите в таблицу в отчете по лабораторной работе.
3. Вычислить по формуле (10) электропроводности образца при всех температурах. Прологарифмировать полученные значения электропроводности.
4. Вычислите абсолютные температуры образца Т= t+273, К. Все данные занесите в таблицу измерений.
5. Построить график зависимости lns от 1/ Т.
6. На графике выбрать две точки в диапазоне температур от 400С до 800С. Определить для этих точек по графику величины lns и 1/ T и вычислить по формуле (8) ширину запрещенной зоны полупроводника.
5. Контрольные вопросы.
1. Вывести формулу для собственной электропроводности полупроводника.
2. Почему для проверки температурной зависимости электропроводности полупроводников строится график зависимости lns от 1 / T .?
3. Вывести формулу для вычисления ширины запрещенной зоны полупроводника.
Изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны
2. Теоретическое введение
Электропроводность материалов определяется выражением:
(1)
где q+ и q- - соответственно величина заряда положительных и отрицательных носителей электрического заряда, n+ и n- - концентрация соответственно положительных и отрицательных носителей заряда, µ+ и µ- - подвижности положительных и отрицательных носителей заряда.
В нашей задаче исследуется собственная электропроводность полупроводника. Поэтому положительными носителями заряда являются дырки, а отрицательными- электроны. Следовательно,
|q+| = |q-| = e
и, поскольку полупроводник собственный, то n+ = n- = n
Тогда (2)
Здесь µn и µp- подвижность электронов проводимости и дырок, соответственно.
Строго говоря, от температуры зависят и концентрация, и подвижности носителей заряда. Однако, во многих случаях в узком диапазоне температур зависимостью подвижностей от температуры можно пренебречь и считать подвижности постоянными, не зависящими от температуры. В данной работе рассматривается именно этот случай.
Зависимость концентрации собственных носителей от температуры описывается экспонентой:
(3)
Здесь Eg - ширина запрещенной зоны, k- постоянная Больцмана, T- температура образца, n0- концентрация носителей при высоких температурах.
Отсюда (4)
Обозначим n0 e(µn+µp)= и условно назовем это электропроводностью образца при бесконечно большой температуре. В результате получим выражение для электропроводности образца:
(5)
Таким образом, зависимость электропроводности собственного полупроводника от температуры является экспоненциальной. Уравнение (5) поддается экспериментальной проверке и позволяет определить ширину запрещенной зоны полупроводника Eg . Именно это и является целью данной лабораторной работы.
Прологарифмируем формулу (5). Получим:
(6)
Отсюда следует, что график зависимости от представляет собой прямую линию, что легко проверить практически. Для вычисления ширины запрещенной зоны Eg поступим следующим образом. Построим прямую (6). В уравнении (6) имеем два неизвестных: ширину запрещенной зоны Eg и логарифм электропроводности при бесконечно большой температуре lns 0. Возьмем на прямой (6) две произвольные точки. Уравнение (6) для этих точек запишется как
(7)
Решив эту систему относительно Eg получим:
(8)
Формула (8) является рабочей для вычисления ширины запрещенной зоны полупроводника.
В данной работе полупроводниковый образец выполнен в виде параллелепипеда, имеющего длину l, ширину a и высоту b. Для вычисления электропроводности образца воспользуемся законом Ома. Электрическое сопротивление образца по закону Ома равно
(9)
где U- электрическое напряжение на образце, I- сила тока через образец. Приняв во внимание геометрию образца и связь электропроводности и удельного сопротивления найдем выражение для электропроводности полупроводникового образца
(10)
где S=ab- площадь поперечного сечения образца.
3. Описание лабораторной установки
Схема лабораторной установки приведена на рис.1.
Сила тока источника (1) не зависит от сопротивления нагрузки. Нагрузкой источника является образец (2). Сила тока, протекающего через образец, регистрируется миллиамперметром (3), а напряжение на образце измеряется при помощи вольтметра (4). Образец наклеен на электроизолирующую теплопроводную пластину и помещен в печь (5) с маслом. Туда же помещен термометр (6) для измерения температуры образца.
4. Задание
Выполняется по вариантам.
Вариант Сила тока, мА
1 3
2 3,8
3 4,6
4 5,4
5 6,2
6 7
7 7,8
8 8,6
9 9,4
10 10
1. Установить силу тока через образец в соответствии с вариантом. Записать силу тока в отчет по лабораторной работе.
2. Изменяйте температуру образца от 250С до 800С через 50С, каждый раз записывая напряжение на образце. Полученные данные занесите в таблицу в отчете по лабораторной работе.
3. Вычислить по формуле (10) электропроводности образца при всех температурах. Прологарифмировать полученные значения электропроводности.
4. Вычислите абсолютные температуры образца Т= t+273, К. Все данные занесите в таблицу измерений.
5. Построить график зависимости lns от 1/ Т.
6. На графике выбрать две точки в диапазоне температур от 400С до 800С. Определить для этих точек по графику величины lns и 1/ T и вычислить по формуле (8) ширину запрещенной зоны полупроводника.
5. Контрольные вопросы.
1. Вывести формулу для собственной электропроводности полупроводника.
2. Почему для проверки температурной зависимости электропроводности полупроводников строится график зависимости lns от 1 / T .?
3. Вывести формулу для вычисления ширины запрещенной зоны полупроводника.
Дополнительная информация
Год выполнения и сдачи - 2016. Работа выполнена без замечаний и доработок. Оценка зачет.
Похожие материалы
Физика. Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников
Саша78
: 9 апреля 2020
Вариант 09
Сила тока в соответствии с вариантом равна 9.4
100 руб.
«Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников»
Илья272
: 21 мая 2021
1. Цель работы
Изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны.........................................
350 руб.
Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников
chita261
: 8 января 2015
Лабораторная работа 6.8
«Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников»
1. Цель работы
Изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны
100 руб.
Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников
Murlishka
: 6 сентября 2011
Цель работы: изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны
Теоретические сведения и ход работы:
В нашей работе исследуется собственная электропроводность полупроводника. Поэтому положительными носителями заряда являются дырки, а отрицательными- электроны. Следовательно,
|q+| = |q-| = e
и, поскольку полупроводник собственный, то n += n- = n
Тогда (2)
40 руб.
Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников
AndrewZ54
: 23 марта 2011
Лабораторная работа 6.8. Вариант №10
Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников
1. Цель работы:
Изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны
Вывод:
С ростом температуры электропроводность полупроводников увеличивается по экспоненциальному закону.
43 руб.
Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников
qawsedrftgyhujik
: 15 декабря 2010
Изучение температурной зависимости
электропроводности полупроводников
1. Цель работы
Изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны
2. Теоретическое введение
Электропроводность материалов определяется выражением:
где q+ и q- - соответственно величина заряда положительных и отрицательных носителей электрического заряда, n+ и n- - концентрация соответственно положительных и отрицательных носителей заряда, μ+ и μ- - подвижности
70 руб.
Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников
DenKnyaz
: 14 декабря 2010
Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников
Цель работы
Изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны
ВЫВОД
В ходе лабораторной работы изучил зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определил ширину запрещенной зоны ( )
Контрольные вопросы
1. Вывести формулу для собственной электропроводности полупроводника.
2. Почему для проверки температурной зависимости электропр
50 руб.
Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников
vereney
: 25 ноября 2010
Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников
1. Цель работы
Изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны
Вывод: В этой работе изучили зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определили ширину запрещенной зоны для полупроводника. Выяснили, что результаты соответствуют справочным данным и построенный график является прямой, что и требовалось доказать.
30 руб.
Другие работы
Задача по статистике
5d5d
: 3 июня 2015
Задача по статистике
Средние товарные запасы и оборот двадцати магазинов за отчетный период:
Таблица 1
№ п/п Оборот, тыс. руб. Средние товарные запасы, тыс. руб.
1 592 66
2 910 43
3 648 53
4 1 173 113
5 863 37
6 567 33
7 110 10
8 1 100 49
9 296 18
10 1 082 37
11 353 30
12 1 542 123
13 1 163 79
14 493 24
15 445 25
16 106 5
17 784 28
18 1 130 60
19 525 20
20 927 44
Для выявления зависимости между размером оборота и средними запасами произвести группировку магазинов по размеру оборота, образовав
150 руб.
Ответы к тестам по госэкзаменам "Бухгалтерский учет, анализ и аудит"
Aronitue9
: 28 мая 2012
Задание № 0
Увеличение потребления товара А при увеличении его цены можно объяснить тем, что:
Задание № 3
На изменение фонда оплаты труда прямое влияние оказывает
Задание № 13
Относительная экономия (перерасход) отдельных видов производственных ресурсов характеризует изменение:
Задание № 15
Деятельность предприятия, связанная с осуществлением краткосрочных финансовых вложений , выпуском облигаций и других ценных бумаг краткосрочного характера:
Задание № 22
Маржинальный доход предприятия равен:
20 руб.
Термодинамика и теплопередача ИРНИТУ Задача 5 Вариант 98
Z24
: 13 июля 2026
1 кг водяного пара с начальным давлением р1 и степенью сухости х1 изотермически расширяется; при этом к нему подводится теплота q. Определить, пользуясь hs — диаграммой, параметры конечного состояния пара, работу расширения, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Решить также задачу, если расширение происходит изобарно. Изобразить процессы в pv-, Ts — и hs — диаграммах.
400 руб.
Зачетная работа по дисциплине: Физическая культура и спорт. Вариант №13
SibGOODy
: 11 февраля 2019
Вариант № 13
1. Производственная физическая культура, ее цели, задачи.
2. Профилактика профессиональных заболеваний и травматизма средствами физической культуры.
3. Комплекс упражнений утренней гигиенической гимнастики (8-10 упражнений).
250 руб.