Материал: ЛР2 Лобазев 9494

Описание образцов полупроводников, используемых в работе

В работе предлагается исследовать в одном и том же температурном интервале зависимость в кремнии ( ), германии ( ), антимониде индия ( ) и карбиде кремния ( ) – полупроводниках, характеризующихся различной шириной запрещенной зоны.

Таблица 2.1

Основные параметры полупроводников n-типа электропроводности, исследуемых в работе, приведены в табл. 2.1. Данные соответствуют темпера-

туре . , – эффективные плотности состояний, приведенные соответственно ко дну зоны проводимости и потолку валентной зоны; , – подвижности электронов и дырок.

Описание установки

Исследование температурной зависимости сопротивления полупроводников производится на установке, содержащей термостат с образцами полупроводниковых материалов и внешние измерительные приборы.

Исследуемые образцы имеют форму параллелепипедов длиной и поперечным сечением с двумя омическими контактами на торцах, к которым подсоединяются выводы для подключения к омметру. Образцы помещены в термостат, расположенный внутри испытательного модуля.

Измерения температуры осуществляются с помощью термопары, подключенной к милливольтметру. Шкала прибора, расположенного на лицевой панели испытательного модуля, проградуирована в градусах Цельсия.

Подключение образцов к омметру осуществляется с помощью переключателя, выведенного на лицевую панель.

На лицевой панели расположен и регулятор температуры термостата. Здесь же указаны геометрические размеры образцов и приведены формулы для вычисления подвижности носителей заряда.

Обработка результатов измерений

1. Рассчитаем удельное сопротивление исследуемых проводниковых материалов по экспериментальным данным для каждой температурной точки по формуле

Вычислим соответствующие удельные проводимости образцов по формуле

Пример расчёта

Далее занесем данные в таблицу п.2.

2. По экспериментальным данным постоим температурные зависимости удельное проводимости полупроводников.

Зависимости для всех полупроводников приведем на одном графике.

3. Рассчитаем концентрации собственных носителей заряда в полупроводниках при по формуле

4. Оценим значения собственной проводимости в этих полупроводниках при 300 K.

5. Сравним полученные в результате расчетов значения со своими экспериментальными данными , решим, какие же носители (собственные или примесные) определяют электрическую проводимость исследуемых образцов в интервале температур от , до – максимальной температуры измерений.

;

;

;

6. Если в проводнике не все примеси ионизированы , то по наклону кривой можно найти

7. Для полупроводников, у которых , определим

8. Значение рассчитаем по формуле

9. Для каждого материала на построенных зависимостях определить температурные диапазоны реализации участков:

• – 298 – 373 K – истощение примесей

• – 298 – 333 K – истощение примесей; 333 – 373 K – собственная электропроводность

• – 298 – 373 K – ионизация примесей

• – 298 – 323 K – истощение примесей; 323 – 373 K – собственная электропроводность

Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы были получены температурные зависимости проводимости полупроводников. Проводимость примесного полупроводника определяется концентрацией носителей и их подвижностью. С изменением температуры подвижность носителей меняется по сравнительно слабому закону, а концентрация носителей – по очень сильному, поэтому проводимость примесных полупроводников определяется в основном температурной зависимостью концентрации носителей в нем.

По полученным данным и графику температурной зависимости можно сделать выводы:

1. Для наблюдается только примесная электропроводность. По графику можно говорить о наличии зоны истощения.

2. У наблюдается собственная проводимость. Полученная зависимость ясно иллюстрирует переход от примесной к собственной проводимости. Причем диапазон от T = 298 K до 333 К характерен для участка истощения примесей, а от 333 – для участка собственной проводимости.

3. Для наблюдается только примесная проводимость. Полученный участок является участком ионизации примесей.

4. Для , что свидетельствует о наличии собственной проводимости. Полученный участок графика описывает переход из зоны истощения примесей к зоне собственной электропроводности.

5. и являются узкозонными полупроводниками, у которых собственная концентрация носителей заряда при комнатной и близкой к ней температуре велика.