Главная | Обратная связь

ОПИСАНИЕ МЕТОДА И УСТАНОВКИ

Теплоэлектрический полупроводниковый прибор, использующий за­висимость проводимости (сопротивления) полупроводника от темпера­туры, предназначенный для регистрации изменения температуры окружающей среды, называется терморезистором или термистором. Материалами для изготовления терморезисторов служат оксиды различных металлов: меди, марганца, цинка и т.д. Область применения каждого типа терморезистора определяется его свойствами и параметрами: температурной характеристикой и коэффициентом сопротивления.

Зависимость проводимости полупроводникового материала от температуры называется температурной характеристикой. В данной работе для снятия температурной характеристики исследуемый полупроводниковый терморезистор помещен в нагревательную печь - трубчатый резистор. На одном уровне с ним находится ртутная головка термометра. В эксперименте измеряется сопротивление терморезистора с помощью мультиметра типа CI-I07.

Температура исследуемого образца определяется величиной протекающего через трубчатый резистор электрического тока, задаваемого с помощью тиристорного регулятора напряжения. Измерения проводят через каждые 10 градусов от комнатной температуры до 300°С, плавно изменяя напряжение. По полученным значениям вычисляют проводимость и строят графики , и , где - температура по шкале Кельвина.

В данном полупроводниковом терморезисторе в исследуемом интервале температур в измеряемые значения сопротивления (и проводимости) подвижности носителей вносят пренебрежимо малый вклад. Поэтому сопротивление терморезистора определяется только примесной и собственной проводимостями. В соответствии с этим обстоятельством проводимость представляет собой сумму двух экспонент

, (23)

, , (23а)

где и - условные собственная и примесная проводимости при . Для того, чтобы определить энергии активации и , необходимо разделить экспоненты. Поскольку , то при больших значениях (низких температурах) вклад в обусловлен практически только второй экспонентной в (23) - . В зависимости эта экспонента представляет собой прямую линию со стороны больших значений (рис.2). Наклон этой прямой определяется энергией активации , которая Энергия вычисляется по формуле

, (24)

где приращение, полученное при изменении обратной температуры на (см. рис.2).

Для выделения другой компоненты проводимости необходимо продолжить прямую линию (прямую I на рис.2), проходящую через точки при больших значениях (малых значениях температуры), в сторону малых значений обратной температуры. Эта линия соответствует второй экспоненте в (23). Для выделения первой компоненты теперь надо из результирующей зависимости вычесть .

. (25)

Построив зависимость (прямая 2 на рис. 2), вычисляют энергию активации .

Температурный коэффициент сопротивления показывает относительное изменение абсолютной величины сопротивления при изменении температуры на 1K и определяется формулой

(26)

При низких температурах (при больших 1/Т), когда проводимость полупроводника определяется наличием примеси, первым слагаемым в (23) можно пренебречь и

, (27)

или

, (28)

Подставляя (28) и (27) в (26), получим

. (29)

Таким образом, при низких температурах для прямолинейного участка зависимости значение коэффициента может быть вычислено по формуле (29).

 

ЗАДАНИЕ

 

1. Снять зависимость сопротивления терморезистора от температуры как в прямом (нагрев), так и в обратном (охлаждение) направлениях. При обратном ходе съемки отсчеты производить при тех же значениях температуры, что и при прямом. Во избежание гистерезисных эффектов, нагрев и охлаждение производить медленно (20 минут - нагрев, 20 минут – остывание) и сделать усреднение данных съемки сопротивления для прямого и обратного хода.

2. Построить графики зависимостей , , .

3. Вычислить энергии активации и .

4. Вычислить температурный коэффициент сопротивления при не менее, чем четырех различных температурах по формуле (26) во всем исследуемом диапазоне температур и построить график зависимости . Вычислить величину при низких температурах (в области примесной проводимости) по формуле (29) и сравнить полученные значения со значениями , найденными ранее по формуле (26) для этих же температур.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Как различаются полупроводники, металлы и изоляторы по электропроводности? Какова зонная структура изолятора, проводника и полупро­водника?

2. Что такое дырка c точки зрения зонной теории?

3. Объясните возникновение локальных энергетических уровней в кристалле.

4. Объясните механизм собственной и примесной проводимостей у полупроводников.

5. Что такое подвижность носителей заряда и как она зависит от температуры в полупроводниках?

6. Объясните физический смысл энергий активации E_g и E_пр и температурного коэффициента сопротивления . Как они находятся экспериментально.

7. Почему температурный коэффициент сопротивления для полупро­водников дается в справочниках для определенного температурного интервала?

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лысов В.Ф. Практикум по физике полупроводников, – М.: Просвещение, 1976, - 207с.

2. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника, - М.: Высшая школа, 1976, - 304с.

3. Батушев В.А. Электронные приборы, - М.: Высшая школа, 1989, – 363с.

4. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников, -М.: Наука, 1977, -672с.

5. Ржевкин К.С. Физические принципы действия полупроводниковых приборов, М.: МГУ, 1986, -256с.

6. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника, М.: Высшая школа, 1991, -622с.

7. Росадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника, М.: Высшая школа, 1991, -351с.