Температурная зависимость сопротивления полупроводника

Цель работы
изучить физическую модель проводимости полупроводников; построить зависимость проводимости (сопротивления) образца полупроводникового материала от температуры.

Содержание

Порядок выполнения работы

Подготовка к проведению измерений

  1. Записать номер образца.
  2. Удостовериться в том, что измеряемое сопротивление (R) образца не превышает порядка 200 кОм (иначе, что проводимость, σ, — не ниже порядка 5 мкСм) — или иной величины, обусловленной пределами измерений используемого прибора.
  3. Измерить температуру используя калиброванный и термопарный термометры. Вычислить систематическую погрешность термопарного термометра как разность между полученными значениями температуры.
  4. Установить термопару в средней части нагреваемого объема.
  5. Установить нулевой ток стабилизации источника питания нагревательного элемента. Включить источник. Удостовериться в том, что источник работает в режиме стабилизации тока (CC.) Установить предельное напряжение около 15 В.

Снятие зависимости

  1. Записать время (мин) от начала эксперимента; сопротивление (R), проводимость (σ) или напряжение (V) на образце (при проведении измерений на постоянном токе); температуру нагреваемого объема (tV, °C); ток на нагревательном элементе (Ih, мА; для первого измерения — 0 мА.)

  2. Установить значение тока на нагревательном элементе порядка 150 мА.

  3. Обнаружить начало падения сопротивления (рост проводимости) образца в течение порядка 1 мин с момента подачи тока на нагревательный элемент.

  4. После прекращения изменения сопротивления (проводимости) в течение следующих 2‒5 мин — записать время от начала эксперимента, R (σ; V), tV, Ih.

  5. Повторить измерения, увеличивая ток на нагревательном элементе на 30‒70 мА на каждом шаге — до примерно 600 мА (до достижения температуры рабочего объема около 115 °C), по-возможности добиваясь равномерного роста температуры на 5‒7 °C каждые 3‒5 мин.

  6. Повторить измерения, уменьшая ток на 50‒100 мА на каждом шаге, вновь по-возможности добиваясь равномерного падения температуры на 5‒7 °C каждые 3‒5 мин — до порядка 30 °C (при Ih = 0 мА.)

Обработка результатов

  1. Построить полученную экспериментальную зависимость на графике в координатах 1 ∕ T, ln R (1 ∕ T, ln σ.) При этом, подписи к оси ординат следует привести в единицах 10ⁿ Ом (10⁻ⁿ См.)
  2. Определить тип полученной зависимости проводимости от температуры:
  3. Аппроксимировать зависимость логарифма сопротивления (проводимости) от обратной температуры — линейной функцией на участках собственной и примесной (если есть) проводимости, отдельно для нагрева и охлаждения образца. Дополнить построенный ранее график результатами аппроксимации.
  4. Вычислить ширину запрещенной зоны из найденных коэффициентов при 1 ∕ T. Оценить погрешность исходя из разброса значений для случаев нагрева и охлаждения образца.
  5. Оценить случайную погрешность, вызванную разностью между температурой рабочего объема и собственно образца, можно исходя из неравномерности изменения температуры — построив график ее зависимости от времени.

© 2015 Иван Шмаков, CC BY-SA 3.0+.