Опис віртуальної лабораторної установки

Вимірювання питомої електропровідності проводиться зондовим методом по компенсаційній схемі. При цьому виключається вплив перехідних опорів, що виникають при з’єднанні зразка з електродами.

Зразок досліджуваного матеріалу виготовляється у вигляді бруска прямокутного перетину, площа якого відома. Зразок затискується в зажимі, який має також два зонди (рис. 4.4) у вигляді голок з вольфрамового дроту, що притискаються до поверхні зразка. Відстань між виводами точно

32

S

T

=

T

.

()

I

S

I

I

T

E

G

I

N

вимірюється. Послідовно із зразком в струмовий ланцюг включається еталонний резистор з відомим опором R0.

Рис. 4.4 – Віртуальний лабораторний стенд вимірювання електропровідності напівпровідника зондовим методом.

При проходженні постійного струму як між зондами на зразку, так і на еталонному резисторі відбувається падіння напруги, яка можна точно виміряти, за допомогою потенціометра постійного струму.

Змірявши падіння напруги U0 на еталонному резисторі, можна визначити струм в ланцюзі і, отже, в зразку

I = U0. 0

По величині напруги UX, виміряній між зондами, і відомому струму визначається опір досліджуваної ділянки зразка

RX = UX R0 0

33

R

U

Знаючи довжину ділянки l в см і площу поперечного перетину S в см2, визначаємо питому електропровідність зразка в Ом-1см-1:

s = RX ×S = UX ×S.

Типові завдання для виконання роботи

Експеримент №1. Вимірювання температурної залежність питомої провідності напівпровідника від його температури.

1. Отримати від викладача завдання і ознайомитися з ним. Вихідні данні:

− початкова температура: 20°C; − кінцева температура: 180°C; − крок по температурі: 10°C;

− довжина провідника: l = 0,25см;

− поперечний переріз провідника: S= 0,25cм2; − еталонний опір: R0 =1−30Ом.

2. Зібрати схему вимірювання провідності напівпровідника (рис. 4.4), включити стенд, цифрові індикатори напруги і термостат.

3. Дослідіть залежність провідності напівпровідника від його температури, змінюючи температуру відповідно до кроку, вказаному в завданні та по результатам дослідження заповніть таб. 4.1.

Таблиця 4.1

T, K

U0,В UX,В RX,Ом

4. Розрахуйте опір досліджуваної ділянки зразка напівпровідника за допомогою наступної формули:

RX = UX R0. 0

34

I

l

l

U

5. Внесіть розраховані значення опору R в табл.. 4.1.

6. Побудуйте залежність RX T) відповідно до знайдених значень опорів RX та зробіть відповідні висновки.

Експеримент №2. Дослідження залежності питомої провідності напівпровідника від його температури.

1. Для розрахунку питомих опорів провідника скористайтеся наступним співвідношенням:

s = 1 ×S éОм×смù.

2. Відповідно до розрахованих значень s заповніть табл. 4.2 та побудуйте залежність s 1/Т.

Таблиця 4.2 1 /T, 1/K

s,1/Ом×см

3. Проаналізуйте отриманий графік та зробіть відповідні висновки.

Експеримент №3 Визначення ширини забороненої зони та енергію активації домішок досліджуваного напівпровідника.

1. Вибравши ділянку виснаження домішки на графіці температурної залежності електропровідності, знайдіть енергію активації домішки за наступною формулою:

EA = k lns −lns2)/(2 −1/T).

2. Вибравши ділянку власної провідності на графіці температурної залежності електропровідності, знайдіть ширину забороненої зони. Знаючи ширину забороненої зони, необхідно вказати який матеріал досліджувався.

Для визначення ширини забороненої зони скористайтеся наступним співвідношенням:

EA = EG /2.

35

X

(

l

ú

ê

ë

û

R

X

()

(

1/T

3. Зробіть висновки по виконаній роботі та підготуйте звіт відповідно до встановлених вимог.

Звіт по лабораторній роботі повинен містити:

· тему та мету лабораторної роботи; · завдання до лабораторної роботи;

· схематичне зображення віртуального вимірювального стенду;

· всі розрахункові формули, які використовувались для обробки результатів експериментів;

· таблиці з результатами експериментів;

· графіки залежності експериментальних залежностей; · висновки по отриманим результатам.

Контрольні питання

1. Фізичні основи і характерні риси явища електропровідності напівпровідників.

2. Вплив температури на електропровідність напівпровідників. 3. Питома електропровідність напівпровідників.

3. Донорні і акцепторні домішки в напівпровідниках. 4. Напівпровідники n- та р-типу.

3. Методи вимірювання питомої провідності.

Дата добавления: 2015-11-16