Лабораторна робота № 7.1 „Визначення ширини забороненої зони напівпровідника”.

Лабораторна робота № 7. 1 „Визначення ширини забороненої зони напівпровідника”.

Мета роботи: експериментальне визначення залежності опору зразка R з власного напівпровідника і визначення ширини забороненої зони De_G останнього.

Вимірювальна установка складається з моста постійного струму (схема на рис. 3. 10), водяного нагрівача, термометра і термістора R_x.

Термістором називається теплочутливий напівпровідниковий резистор, призначений для вимірювання температури різних об’єктів після відповідного градуювання або для роботи в деяких електричних колах автоматики.

В даному випадку термістор використовується як досліджуваний зразок.

Методика вимірювань. Вимірюється значення опору R термістора при різних температурах в діапазоні від кімнатної до 320-325 К (50°С). Між опором і питомим опором зберігається прямо пропорційна залежність, використовуючи яку можна вивести вираз для температурної залежності опору термістора:

,                        (7. 9)

де В – коефіцієнт пропорційності, який залежить від форми і розмірів напівпровідникового шару термістора і, взагалі кажучи, невідомий R₀ – опір термістора при кімнатній температурі Т₀,

.                                               (7. 10)

Наближена рівність (7. 10) виконується при умові Т»Т₀ або ( Т-Т₀ )< < Т₀. З рівняння (7. 3) видно, що із зростанням температури опір термістора різко зменшується по експоненті з від’ємним показником. Це якраз і треба перевірити, побудувавши по експериментальним даним графіки залежностей R = f(T) i lnR = f(T). Перший з цих графіків повинен дати загальне уявлення про цю залежність, а другий графік повинен остаточно переконати, що рівняння (7. 9) справедливе, так як функція

ln R = ln R₀ - a(T-T₀)                                          (7. 11)

є лінійною відносно температури Т. Другий графік, таким чином, повинен бути прямою лінією з від’ємним тангенсом кута нахилу до температурної осі. Якщо це так, то, комбінуючи рівняння (7. 10) і (7. 11) і враховуючи, що 1еВ = 1, 602× 10^-19 Дж, можна одержати робочу формулу для розрахунку ширини забороненої зони напівпровідника в еВ:

.                                          (7. 12)

Тут R_і – опір термістора при температурі Т_і вище кімнатної і = 1¸ 10 – номер вимірювання. Примітка: вимірюванню при кімнатній температурі приписується номер і = 0.

Порядок вимірювань.

1. Виделку зразка-термістора ввімкнути в гнізда на корпусі нагрівача, а сам зразок опустити в посудину з водою.
2. З’єднати провідниками клеми на корпусі нагрівача з вхідними клемами на панелі моста постійного струму у відповідності з його робочою схемою.
3. Провести вимірювання опору термістора при кімнатній температурі у відповідності з інструкцією до моста постійного струму з точністю до 4 значущих цифр при відношенні плеч R₃/R₂ = 1 або 10. Виміряти термометром температуру води в посудині і зразка з точністю до 0, 1 К (0, 1°С).
4. Ввімкнути виделку нагрівача в мережу 220 В, надавити кнопку на корпусі нагрівача і нагріти воду в посудині на 3-4 К, спостерігаючи за зростанням температури по термометру. Провести вимірювання опору термістора з точністю до 4 значущих цифр, переключивши, якщо необхідно, рукоятку перемикання співвідношення плеч R₃/R₂ з положення “10” в положення “1”. Вслід за цим провести точне вимірювання температури води і термістора.
5. Провести вимірювання по п. 4 ще в 9 температурних точках аж до 50-55°С (323-328 К), записати номер зразка.