Politechnika Lubelska |
Laboratorium materiałoznawstwa |
|||
w Lublinie |
Ćwiczenie M-6 |
|||
Duda Grzegorz Szuba Krzysztof Andrzej Osiński |
Semestr III |
Grupa: 3.5 |
Rok akademicki: 1996/97 |
|
Temat ćwiczenia: Materiały półprzewodnikowe. |
Data wykonania: 25.11.96 |
Ocena: |
||
Cel ćwiczenia: Wyznaczenie podstawowych własności półprzewodników
- rezystancji właściwej i szerokości pasma zabronionego.
Zakres ćwiczenia: Pomiary rezystancji próbek materiałów półprzewodnikowych przy różnych temperaturach i obliczenie na ich podstawie szerokości pasma zabronionego.
Wykonanie ćwiczenia:
Układ pomiarowy:
Oznaczenia na rysunku: 1,2,3 - badane próbki; 4 - naczynie z olejem; 5 - grzałka połączona z autotransformatorem; T - termometr; Ω - omomierz.
Wymiary próbek:
nazwa półprzewodnika |
german (Ge) |
krzem (Si) |
arsenek galu (GaAs) |
powierzchnia przekroju |
0.125 cm2 |
0.05 cm2 |
0.05cm2 |
długość |
1.5 cm |
0.024 cm |
0.044 cm |
Kolejne stopnie obliczeń:
Obliczamy przewodność dla poszczególnych próbek
następnie korzystając z równania: gdzie k=8.625*10-5eV/K
tworzymy układ równań: stąd:
gdzie Eg - szerokość przerwy energetycznej.
Tabela pomiarowa nr1:
Lp. |
t |
T |
R1 |
R2 |
R3 |
σ1 |
σ2 |
σ3 |
1000/T |
k-1 |
|
°C |
K |
kΩ |
kΩ |
MΩ |
1/Ωm |
1/Ωm |
1/Ωm |
K-1 |
eV/K |
|
33,8 |
306,96 |
7,18 |
15,1 |
80 |
1,671309 |
0,031788 |
0,011 |
3,257753 |
|
|
43,8 |
316,96 |
6,9 |
15,1 |
65 |
1,739130 |
0,031788 |
0,013538 |
3,154972 |
|
|
53,8 |
326,96 |
6,72 |
15,1 |
62 |
1,785714 |
0,031788 |
0,014194 |
3,058478 |
|
|
63,8 |
336,96 |
6,72 |
14,9 |
52 |
1,785714 |
0,032215 |
0,016923 |
2,967711 |
|
|
73,8 |
346,96 |
6,47 |
14,8 |
47 |
1,854714 |
0,032432 |
0,018723 |
2,882177 |
11594,2 |
|
83,8 |
356,96 |
6,22 |
14,6 |
46 |
1,929260 |
0,032877 |
0,01913 |
2,801434 |
|
|
93,8 |
366,96 |
5,78 |
14,4 |
42 |
2,076124 |
0,033333 |
0,020952 |
2,725093 |
|
|
103,8 |
376,96 |
5,45 |
14,2 |
36 |
2,201834 |
0,033803 |
0,024444 |
2,652801 |
|
|
110,8 |
383,96 |
5,15 |
14,1 |
34 |
2,330097 |
0,034043 |
0,025882 |
2,604438 |
|
|
120 |
393,16 |
4,91 |
13,5 |
42 |
2,443991 |
0,035556 |
0,020952 |
2,543494 |
|
Obliczenia Eg dla poszczególnych różnic temperatur (na podstawie tabeli 1):
|
Si |
GaAs |
Ge |
Eg(1-2)= |
0,06676 |
0 |
0,348486 |
Eg(1-3)= |
0,057315 |
0 |
0,220644 |
Eg(1-4)= |
0,039379 |
0,00793 |
0,256204 |
Eg(1-5)= |
0,047823 |
0,009217 |
0,244289 |
Eg(1-6)= |
0,054258 |
0,012729 |
0,209193 |
Eg(1-7)= |
0,070241 |
0,015372 |
0,208672 |
Eg(1-8)= |
0,07861 |
0,017523 |
0,227692 |
Eg(1-9)= |
0,08774 |
0,018092 |
0,225928 |
Eg(1-10)= |
0,091779 |
0,02705 |
0,155618 |
Wnioski i spostrzeżenia:
Podczas obliczeń dla Eg(1-2) i Eg(1-3) w arsenie galu wystąpiły wartości zerowe, które wynikają z tego, że wartość zmiany przewodności dla tych pomiarów wyniosła zero co po wstawieniu do wzoru dawało nam ln1, a to jest równe zero.
Z ćwiczenia wynika bardzo ważna zależność przewodności półprzewodników od temperatury. Jest to przydatne w wielu dziedzinach w których wykorzystuje się własności przewodzące półprzewodników. Dzięki znajomości własności tych materiałów możemy dobrać odpowiednie półprzewodniki do odpowiednich warunków (temperatur) pracy.
Z wyników obliczeń wynika, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta przewodność, a maleje rezystancja. Jest to spowodowane tym, że wzrasta energia wewnętrzna cząstek zawartych w półprzewodniku. Co pociąga za sobą wzrost energii aktywacji.
Wykres Eg=f(T)
