111-2, materiały studia, 111. WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ W PÓŁPRZEWODNIKU METODĄ TERMICZNĄ


Wyznaczanie szerokości przerwy energetycznej w półprzewodniku metodą termiczną.

1. Wstęp teoretyczny

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii aktywacji DE.

Zgodnie z teorią pasmową przewodnictwo elektryczne półprzewodników związane jest z ruchem elektronów w paśmie przewodnictwa i dziur w paśmie walencyjnym. W temperaturze zera bezwzględnego pasmo walencyjne jest całkowicie wypełnione elektronami, natomiast pasmo przewodnictwa pozbawione jest elektronów.

W wyższych temperaturach energia ruchu cieplnego pewnej ilości elektronów przekracza wartość przerwy energetycznej i elektrony te przechodzą do pasma przewodnictwa. Ilość takich elektronów rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Wynika z tego , że koncentracja elektronów w paśmie przewodnictwa (n) i dziur w paśmie walencyjnym (p) zależna jest od stosunku T/DE, gdzie DE jest energią aktywacji zależną od rodzaju materiału i stopnia domieszkowania półprzewodnika. Zależność tą opisują równania :

gdzie : k - stała Boltzmanna, T- temperatura w skali bezwzględnej. Dla półprzewodnika samoistnego energie aktywacji elektronów i dziur są jednakowe i równe połowie szerokości przerwy energetycznej.

Dla półprzewodnika domieszkowego , do pasma przewodnictwa wzbudzane są elektrony z poziomów donorowych . Zależność koncentracji elektronów w paśmie przewodnictwa od temperatury jest wówczas analogiczna do równania przedstawionego powyżej ( dla n ) , z tym zastrzeleniem , że DEn jest zbliżona do różnicy energii między poziomem donorowym a pasmem przewodnictwa. Tak więc związek między przewodnictwem elektrycznym półprzewodnika a

temperaturą można wyrazić równaniem:

gdzie DE jest odpowiednią dla danego półprzewodnika energią aktywacji.

Z powyższego równania wynika , że :

Po zlogarytmowaniu:

co oznacza , że wykres zależności

dla półprzewodnika powinien być linią prostą , której nachylenie zależy od wielkości energii aktywacji.

2.Opis przebiegu ćwiczenia .

W stosowanym układzie pomiarowym miarą gęstości nośników ładunku generowanych termicznie w termistorze jest odwrotność oporu termistora.

Pomiary oporu termistora w zależności od temperatury wykonujemy za pomocą cyfrowego miernika oporu.

Przebieg pomiarów:

-Wykonaliśmy pomiary oporu termistora w zależności od temperatury

w przedziale od 25 oC do 200 oC

-Pomiary zostały powtórzone podczas obniżania temperatury poprzez

schładzanie grzejnika za pomocą wentylatora.

3.Wyniki pomiarów.

Wyniki pomiarów ilustruje poniższa tabela.

Tabela zawiera także wartości logarytmów naturalnych oporu grzania i chłodzenia oraz odwrotności temperatury.

4.Opracowanie wyników pomiarów.

Wartości logarytmów i odwrotności temperatur zawarte są w tabeli.

Metodą regresji liniowej wyznaczyliśmy wartości współczynników kierunkowych dla:

- ogrzewania:

A=3937.34 ±21.51 [ K ]

- chłodzenia:

A=3909.90 ±39.42 [ K ]

Wyniki obliczeń przedstawione są na wykresie na następnej stronie.

Na podstawie obliczonych wartości współczynników kątowych prostych , można wyznaczyć średnie wartości energii aktywacji DE półprzewodnika , z którego wykonany jest termistor , oraz ich błędy . (DE = Ak )

Wynoszą one :

-dla ogrzewania

DE= (5.43 ±0.02) E-20 [J]

-dla chłodzenia

DE= (5.39 ±0.05) E-20 [J]

Błędy wyznaczania DE liczone były ze wzoru , że (błąd DE ) = | k * błąd A|

5.Wnioski

Metoda pozwala wyznaczyć z dużą dokładnością wartość energii aktywacji półprzewodników. Błąd powodowany jest tylko dokładnością przyrządów pomiarowych oraz niedoskonałością ludzkiego oka (błąd odczytu temperatury). Gdyby termometr , mógł być zastąpiony przyrządem o większej czułości i dokładności można by było wyznaczyć DE z wiele większą dokładnością.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
111-4, materiały studia, 111. WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ W PÓŁPRZEWODNIKU METODĄ T
111-4, materiały studia, 111. WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ W PÓŁPRZEWODNIKU METODĄ T
WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ PÓŁPRZEWODNIKA METODĄ TERMICZNĄ (TERMISTOR), Automatyka
WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ PÓŁPRZEWODNIKA METODĄ TERMICZNĄ (TERMISTOR)
WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ PÓŁPRZEWODNIKA
FIZ12WYK, Wyznaczanie szeroko˙ci przerwy energetycznej w p˙˙przewodniku metod˙ termiczn˙.
FIZ12WYK, Wyznaczanie szeroko˙ci przerwy energetycznej w p˙˙przewodniku metod˙ termiczn˙.
Wyznaczanie szerokości przerwy energetycznej termistorów
Wyznaczanie szerokosci przerwy energetycznej termistora, fff, dużo
Wyznaczanie szerokości przerwy energetycznej metodą termiczną, Polibuda, Fiza, Fizyka sprawozdania (
Wyznaczanie szerokości przerwy energetycznej metodą termiczną, PRZERWAE, Wydzia˙: AEI
FIZA12, Wyznaczanie szeroko˙ci przerwy energetycznej w p˙˙przewodniku metod˙ termiczn˙.
Elek- Pomiar szerokości przerwy energetyczn w półprzewodnik, Sprawozdania - Fizyka
Pomiar szerokości przerwy energetycznej w półprzewodnikach, WSTĘP
Wyznaczanie przerwy energetycznej E g w półprzewodnikach metodą transmisji, Nr ćw

więcej podobnych podstron