Специальные главы физики. Лабораторная работа 6.8. Вариант № 4
Состав работы
|
|
|
|
Необходимые программы
Работа представляет собой rar архив с файлами (распаковать онлайн), которые открываются в программах:
- Microsoft Word
Описание
Специальные главы физики. Вариант № 4
Лабораторная работа 6.8
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:
(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
Установить силу тока через образец в соответствии с вариантом. Записать силу тока в отчет по лабораторной работе.
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.
Вычислить по формуле (10) электропроводности образца при всех температурах. Прологарифмировать полученные значения электропроводности.
Вычислите абсолютные температуры образца Т= t+273, К. Все данные занесите в таблицу измерений.
Построить график зависимости lns от 1/ Т.
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
Вывести формулу для собственной электропроводности полупроводника.
Почему для проверки температурной зависимости электропроводности полупроводников строится график зависимости lns от 1 / T .?
Вывести формулу для вычисления ширины запрещенной зоны полупроводника.
6. Литература
Савельев И.В. Курс общей физики.- М.: Наука, 1979,- т.3,§ 57,58,59.
Айзенцон А.Е. Курс физики.- М.: Высшая школа, 1996.- Гл.19 § 19.3
Лабораторная работа 6.8
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:
(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
Установить силу тока через образец в соответствии с вариантом. Записать силу тока в отчет по лабораторной работе.
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.
Вычислить по формуле (10) электропроводности образца при всех температурах. Прологарифмировать полученные значения электропроводности.
Вычислите абсолютные температуры образца Т= t+273, К. Все данные занесите в таблицу измерений.
Построить график зависимости lns от 1/ Т.
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
Вывести формулу для собственной электропроводности полупроводника.
Почему для проверки температурной зависимости электропроводности полупроводников строится график зависимости lns от 1 / T .?
Вывести формулу для вычисления ширины запрещенной зоны полупроводника.
6. Литература
Савельев И.В. Курс общей физики.- М.: Наука, 1979,- т.3,§ 57,58,59.
Айзенцон А.Е. Курс физики.- М.: Высшая школа, 1996.- Гл.19 § 19.3
Дополнительная информация
Уважаемый слушатель, дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Специальные главы физики
Вид работы: Лабораторная работа 1
Оценка: Зачет
Дата оценки: 02.06.2019
Рецензия: Уважаемый ................................,
Моргачев Юрий Вячеславович
Оценена Ваша работа по предмету: Специальные главы физики
Вид работы: Лабораторная работа 1
Оценка: Зачет
Дата оценки: 02.06.2019
Рецензия: Уважаемый ................................,
Моргачев Юрий Вячеславович
Похожие материалы
Специальные главы физики. Контрольная работа. Вариант №4
SibGUTI2
: 7 июня 2019
Специальные главы физики.
Контрольная работа.
Вариант No4
Рекомендации к выполнению контрольной работы
При выполнении и оформлении контрольной работы необходимо соблюдать следующие правила.
Для набора текста следует пользоваться стандартными средствами пакетов Microsoft Word
Условие задач следует записывать полностью.
Затем необходимо сделать краткую запись условия, все единицы величин, приводимых в условии, перевести в систему СИ.
Выполнить схему, чертеж или рисунок, иллюстрирующий решени
60 руб.
Специальные главы физики. Лабораторная работа 1.
BuffetBoy
: 18 января 2026
Лабораторная работа №1 “Определение длины электромагнитной волны методом дифракции Фраунгофера”
Цель работы: Исследовать явление дифракции электромагнитных волн. С помощью дифракционной решетки проходящего света измерить длины электромагнитных волн видимого диапазона.
100 руб.
Лабораторная работа По дисциплине: «Специальные главы физики»
усит
: 15 января 2026
Лабораторная работа
По дисциплине: «Специальные главы физики»
вариант 2
зачет
350 руб.
Контрольная работа По дисциплине: Специальные главы физики
усит
: 15 января 2026
Контрольная работа
По дисциплине: Специальные главы физики
зачет
350 руб.
Специальные главы физики. Лабораторная работа, вар.№7
Ekaterina2332
: 30 марта 2026
Лабораторная работа за 2 семестр по дисциплине "Специальные главы физики". Оценка "Зачтено".
1000 руб.
Специальные главы физики. Контрольная работа, вар.№7
Ekaterina2332
: 30 марта 2026
Контрольная работа за 2 семестр по дисциплине "Специальные главы физики". Оценка "Зачтено".
1000 руб.
Специальные главы физики Контрольная работа 7 Вариант
122121
: 13 января 2026
Специальные главы физики
Контрольная работа
7 Вариант
75 руб.
Другие работы
Технологический процесс изготовления детали "Маховик 240-1005114-АСБ"
Рики-Тики-Та
: 23 марта 2011
Содержание
Введение
1. Описание объекта производства и его назначение.
2. Анализ технологичности конструкции детали.
3. Выбор типа и организационной формы производства.
4. Анализ существующего технологического процесса.
5. Выбор метода получения заготовки с экономическим обоснованием.
6. Проектирование технологического процесса механической обработки.
7. Разработка операций технологического процесса.
8. Расчёт и назначение припусков на механическую обработку.
9. Расчёт и назначение режимов резан
55 руб.
Гидравлика Задача 5.86
Z24
: 11 декабря 2025
Прямоугольный понтон площадью 2040 м² плавает в воде. Определить осадку, если собственный вес понтона с грузом на нем G=40 МН, удельный вес g=10 кН/м².
120 руб.
Экология. Зачет, билет №7
Uiktor
: 23 марта 2019
1. Понятие о биосфере и учении В. И. Вернадского о биосфере. Состав биосферы по Вернадскому, космическая роль биосферы (живого вещества).
2. Виды ответственности за экологические правонарушения
Билет № 7
Дисциплина Экология
1. Понятие о биосфере и учении В.И. Вернадского о биосфере. Состав биосферы по Вернадскому, космическая роль биосферы (живого вещества)
Существует два основных определения понятия «биосфера», одно из которых и дало начало применению данного термина. Это понимание биосферы
119 руб.
Создание проектов решения вычислительных задач на Visual Basic
GnobYTEL
: 23 января 2012
Создание проектов решения вычислительных задач на Visual Basic.
для заочников факультета АП.
4 задачи:
Сумма ряда, массив, строки, график.
когда писал искал готовые решения, так и не нашел, в итоге сделал сам и вот выкладываю для народа :-).
10 руб.