Puslaidininkių varžos priklausomybės nuo temperatūros analizė

TIKSLAS: išmatuoti puslaidininkinio termorezistoriaus varžos priklausomybę nuo temperatūros ir apskaičiuoti puslaidininkio, iš kurio jis pagamintas, aktyvacijos energiją. PRIEMONĖS: termorezistorius, termostatas, termometras, autotransformatorius, Vitstono tiltelis, srovės šaltinis. DARBO METODIKA IR PAGRINDINĖS FORMULĖS: Puslaidininkių elektrinį laidumą sąlygoja laidumo juostoje esantys elektronai ir valentinėje juostoje esančios skylės.Chemiškai gryniems puslaidininkiams elektronų ir skylių koncentracijos vienodos.Tokie puslaidininkiai vadinami savaisiais, o jų elektrinis laidumas vadinamas savuoju.Jei T = 0, tokie puslaidininkiai yra idealūs dielektrikai, o jų varža be galo didelė.Kai T > 0, jų varža mažėja didėjant temperatūrai. Varžos priklausomybė nuo temperatūros aprašoma formule: R = R0e ; čia - puslaidininkio aktyvacijos energija, T – absoliutinė temperatūra, k – Bolcmano konstanta, R0 – konstanta(ji lygi minimaliai galimai puslaidininkio varžai). Sulogaritmavus abi lygybės puses: lnR = lnR0+; matome, kad varžos natūrinis logaritmas yra tiesinė atvirkštinės temperatūros funkcija. Grafikas lnR = f yra tiesė, kurios polinkio kampo φ į 1/T ašį tangentas lygus . Iš jo galima rasti aktyvacijos energiją: 0 = 2ktg . Puslaidininkio varža buvo matuojama Vitstono tilteliu (1pav) 1- krosnelė, 2- termovarža, 3- Vitstono tiltelis, 4- autotransformatorius, 5- voltmetras. Nr. Prietaiso pavadinimas Tikslumo klasė (k) Skalės vertė(Av) Padalų skaičius(N) 1 padalos vertė (1pv) Prietaiso paklaida 1 Voltmetras 0,5 150 V 150 1 V ± 0,75 V 2 Ommetras 1,5 200 μA 20 10 μA ± 0,3 μA BANDYMO EIGA: 1.Susipažinome su matavimo aparatūra ir patikrinome 1pav. parodytą el. grandinę. 2.Išmatavome pradinę varžą. 3.Įjungėme termostato, kuriame yra termorezistorius kaitinimą.Nustatėme 40 V įtampą. 4.Išmatuojame varžos priklausomybę nuo temperatūros. t, C0 20 24 28 32 36 40 44 R, Ώ 17889 15988 14999,7 14000,4 12599,4 11395,5 10189,5 T, K0 293 297 301 305 309 312 316 1/T, K-1 3,41*10-3 3,36*10-3 3,32*10-3 3,29*10-3 3,25*10-3 3,21*10-3 3,16*10-3 lnR 9,79 9,68 9,62 9,55 9,44 9,34 9,23 5.Nubrėžiame priklausomybę lnR = f(1/T). 6.Apskaičiavome ΔE : tg φ = a/b = = 2240; ΔE0= 2ktgφ = 6,18; IŠVADOS: Puslaidininkiuose energija kuri reikalinga atskirti elektroną nuo atomo yra daug mažesnė nei dielektrikuose . Todėl kaitinant puslaidininkį krūvių nešėjų kiekis greitai auga , o jų varža smarkiai mažėja . Krentant temperatūrai puslaidininkių varža auga ir žemose temperatūrose yra tokia pat didelė kaip ir dielektrikų . Superlaidumo puslaidininkiuose nėra . KONTROLINIAI KLAUSIMAI 1.Energinės juostos kietuosiuose kūnuose. Juostinė teorija paaiškina skirtingą metalų elektrinį laidumą. Ji teigia, kad nepriklausomai nuo valentinės juostos užpildymo kūnas bus laidininkas, nes virš užpildytais elektronais lygių yra artimi savo energija laisvi lygiai.Kietasis kūnas bus laidininkas ir kai leistinąsias sritis skiria draudžiamoji juosta, bet valentinė juosta ne visiškai užpildyta. 2.Kietųjų kūnų skirstymas į laidininkus, puslaidininkius ir dielektrikus juostinės teorijos požiūriu. Geras metalų elektrinis laidumas priklauso nuo energijos lygių skaičiaus. Vienvalenčiuose metaluose valentinė juosta tik pusiau užpildyta, nes kristalo leistinų lygių skaičius yra lygus valentinių elektronų skaičiui, o kiekviename lygyje gali būti du elektronai. Todėl vienvalenčių metalų ( Cu, Ag, Au, šarminių metalų) elektrinis laidumas yra didžiausias. Veikiant elektros laukui, elektronai gauna papildomos energijos ir lengvai pereina į laisvus lygius, todėl gali kryptingai judėti. Skirtingai nuo metalų, puslaidininkiuose valentinė juosta užpildyta pilnai ir draudžiamąja juosta atskirta nuo laidumo juostos. Draudžiamosios juostos prlotis yra apie 1 elektronvoltą (eV). Norint perkelti elektroną iš valentinės juostos į laidumo juostą, būtina jam suteikti energiją, didesnę už draudžiamosios juostos plotį ΔA. Dielektrikų draudžiamosios juostos plotis svyruoja nuo 1,5 iki kelių elektronvoltų. Normalioje temperatūroje tik nedaugelis elektronų gali įveikti draudžiamąją ir patekti į laidumo juostą. Todėl dielektrike, vekiant išoriniam elektriniam laukui, laidumo srovė būna labai silpna. 3. Savasis, elektroninis ir skylinis puslaidininkių laidumai. Jų aiškinimai. Chemiškai švariuose puslaidininkiuose visada yra vienodas kiekis elektronų ir skylių, todėl jų laidumas pusiau elektroninis, pusiau skylinis. Dažniausiai vadinamas savuoju laidumu. Elektronams pereinant į laidumo juostą, valentinėje juostoje atsiranda laisvi energijos lygiai, ir todėl elektronai, elektrinio lauko veikiami, gali kryptingai judėti. Laisvus energijos lygius gali užimti gretimų atomų elektronai , į jų vietą peršokti sekantieji elektronai ir t.t. Vadinasi, kai kurie elektronai, turintieji valentinės juostos energiją, gali taip pat dalyvauti elektros srovėje. Laisvas vietas valentinės juostos energijos lygiuose priimta vadinti „skylutėmis“. Elektronų perėjimą iš vieno lygio į kitą galima įsivaizduoti kaip teigiamą skylučių, turinčių tokį pat krūvį, judėjimą kryptimi priešingą elektronų judėjimui. Tuo būdu, puslaidininkiuose elektros srovę gali sudaryti laisvieji elektronai (laidumo juostoje) ir valentiniai elektronai (valentinėje juostoje). Pirmosios rūšies laidumas vadinamas elektroniniu (n-negative tipo), o antrosios rūšies laidumas – skylutiniu (p-positive tipo). 4. Puslaidininkių varžos priklausomybė nuo temperatūros. Temperatūrinis varžos koeficientas puslaidininkiuose daug didesnis nei metaluose. Jei T= 0; puslaidininkiai yra visiški delektrikai. Kai T>0, jų varža mažėja didėjant temperatūrai. Normalioje temperatūroje puslaidininkių varž yra didelė, bet temperatūrai pakilus iki tam tikros ribos ji staigiai krenta. Tokiu principu dirba temistoriai. 5. Aktyvacijos energija; jos prasmė ir nustatymo metodika. Aktyvacijos energija ΔE= ; esant žemesnėms temperatūroms, puslaidininkio varža priklauso nuo priemaišinių lygmenų aktyvacijos energijos ΔEpr, nes ΔEpr

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!