WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Государственное высшее учебное заведение

«Национальный горный университет»

Методические указания

к лабораторной работе № 6.1

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

ПОЛУПРОВОДНИКОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ШИРИНЫ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ ПОЛУПРОВОДНИКА

г. Днепропетровск 2011 1 Методические указания к лабораторной работе № 6.1 «Изучение зависимости сопротивления полупроводников от температуры и определение ширины запрещенной зоны полупроводника» по разделу «Физика твердого тела» курса физики для студентов всех специальностей.

Сост.: И.П. Гаркуша, Днепропетровск: ГВУЗ «НГУ», 2011 г.

Лабораторная работа № 6. Изучение зависимости сопротивления полупроводников от температуры и определение ширины запрещенной зоны полупроводника.

Принадлежности: Прибор для изучения температурной зависимости сопротивления полупроводников.

Цель работы: Используя температурную зависимость сопротивления полупроводника, определить ширину его запрещенной зоны.

Теоретические сведения.

Прежде, чем приступать к изучению данной лабораторной работы, ознакомьтесь с положениями зонной теории (см. Приложение № 6.0 к работам по физике твердого тела).

Полупроводниками являются твердые тела, которые при Т = 0 характеризуются полностью занятой электронами валентной зоной, отделенной от зоны проводимости сравнительно узкой (Е 1 эВ) запрещенной зоной.

Иногда вещества разделяют на проводники, полупроводники и диэлектрики по величине удельного сопротивления. При комнатной температуре:

= 10–8 10–6 Омм – проводники, = 108 10–5 Омм – полупроводники, = 109 1017 Омм – изоляторы.

Полупроводники – класс веществ, занимающих промежуточное положение между веществами, хорошо проводящими электрический ток (проводниками, в основном, это металлы), и веществами, практически не проводящими электрического тока (диэлектриками).

Однако характерной особенностью полупроводников является не величина удельного сопротивления, а его сильная зависимость от температуры. С точки зрения зонной теории при повышении температуры растет число электронов, которые вследствие теплового движения переходят в зону проводимости и могут участвовать в перенесении электрического заряда.

Расчеты показывают, что проводимость чистых полупроводников (т.е. полупроводников без примесей или собственная проводимость) подчиняется закону E 0e 2 kT. (1) – Здесь Е – ширина запрещенной зоны, k – постоянная Больцмана, k = 1, Дж/К, Т – абсолютная температура, 0 – некоторая постоянная величина.

Следовательно, проводимость полупроводников быстро растет с температурой.

Покажем, как из формулы (1) можно определить ширину запрещенной зоны Е полупроводника. Пользуясь формулой сопротивления R для однородного по составу проводника при постоянном сечении S и длине l l R, S с учетом выражения для проводимости получим l l R, S E 0e S 2 kT или E RR e 2 kT (2) Здесь R* – некоторая постоянная величина, имеющая размерность сопротивления.

Поскольку в уравнении (2) слева и справа стоят величины одинаковой размерности (Ом), то R и R* можно рассматривать как числа, равные сопротивлениям, и оперировать с ними, как с числами.

Прологарифмируем уравнение (2).

E ln R ln R. (3) 2kT Сравним полученное выражение (3) с уравнением График этой зависимости хорошо известен. Это прямая линия, не проходящая через начало координат. Ее наклон a = tg.(см рис. 1).

Если теперь представить уравнение (3) в виде то можно построить аналогичный график, если откладывать на нем по оси абсцисс 1/Т, а по оси ординат ln R. Получим также прямую линию (рис. 2).

Наклон этой прямой линии (будем его обозначать тоже буквой а) Заметим, что если в случае y = b + ax угловой коэффициент а является безразмерной величиной, то для уравнения (3) угловой коэффициент прямой линии – величина размерная, его размерность – кельвин (К).

Измеряя по графику а – тангенс угла наклона к оси абсцисс этой прямой, можно определить ширину запрещенной зоны Е.

Вывод. Если на опыте определить зависимость сопротивления R полупроводника от температуры, и изобразить результаты опыта на графике ln R f, то тангенс угла наклона этой прямой позволит определить ширину запрещенной зоны полупроводника по формуле (4).

Описание установки.

Лабораторная установка состоит из электропечи с размещенными внутри нее исследуемыми образцами и измерительного устройства, соединенных кабелем (рис.6).

Электропечь служит для нагревания образцов, температура которых измеряется датчиком температуры. На передней панели электропечи находится окно, через которое видны образцы в печи. На этой же панели помещены выключатель «СЕТЬ» и переключатель образцов «ОБРАЗЕЦ». Положения переключателя: «1» – металл, «2» – сплав, «3» –– полупроводник, «0» – вход закорочен.

На панели измерительного устройства расположены:

– жидкокристаллический индикатор (в верхней части – температуры в градусах Цельсия, t C, в нижней – сопротивления в Ом, R Ohm), а также режимов работы (отображается в правом верхнем углу).

– кнопки «НАГРЕВ» и «ВЕНТ» – предназначены для включения и выключения (путем повторного нажатия) электропечи и вентилятора. При включенной печи на индикаторе появляется надпись «WARM», при включенном вентиляторе – «COOL».

– кнопка «СТОП ИНД» – предназначена для включения и выключения (путем повторного нажатия) режима остановки индикации значений температуры и сопротивления при снятии показаний с индикаторов (в работе не используется).

Порядок выполнения работы.

1. Подключите сетевые шнуры в сеть и включите установку выключателями «СЕТЬ»

на задней панели устройства измерения и передней панели электропечи (выполняет преподаватель). Дайте прогреться установке 3 – 5 минут.

2. Переключатель «ОБРАЗЕЦ» поставьте в положение «3». Нажмите кнопку «НАГРЕВ», при этом на индикаторе появится надпись «WARM», а в печи засветится лампочка.

3. Наблюдайте за показаниями индикатора. Рекомендуется нагревать образец до примерно 100С, а затем охлаждать. По достижении температуры 95С, выключите печь, повторно нажав кнопку «НАГРЕВ», при этом лампочка в печи должна погаснуть, и включите вентилятор для охлаждения кнопкой «ВЕНТ». Появляется надпись – «COOL».

4. Через каждые 5С при охлаждении записывайте одновременные показания температуры и сопротивления.

На этом эксперимент заканчивается. По окончании работы необходимо отключить питание установки выключателем «СЕТЬ».

5. Далее приступают к расчету. Переводят температуру в кельвины: Т = 273 + tС и заносят в таблицу.

6. Рассчитывают 1/Т и ln R и заполняют в таблице соответствующие колонки.

7. Выбирают масштаб, наносят точки и строят график по данным опыта. Один из вариантов приведен в качестве примера.

9. Определяют по графику угловой коэффициент (наклон а) прямой.

10. По формуле (4) высчитывают ширину запрещенной зоны полупроводника. Ответ представляют в электрон-вольтах. 1 эВ = 1,6·10– 19 Дж.

Примечание. В электронном читальном зале библиотеки НГУ или на сайте «ДВНЗ НГУ, кафедра физики, лабораторные работы» можно получить программу построения графика и вычисления наклона прямой. Программу разработала студентка гр.ЗИ-06 М.

Щетовская.

1.В чем сходство и в чем различие между картинами энергетических уровней изолированного атома и кристалла?

2. Какие вещества называются проводниками, диэлектриками и полупроводниками?

Чем объясняется различие в их проводимости?

3. Какой вид имеет зависимость собственной проводимости полупроводника от температуры? Как объясняет зонная теория увеличение собственной проводимости полупроводников с повышением температуры?

4. Какую размерность имеет угловой коэффициент прямой линии ln R f ( ) ?

5. В каких единицах измеряют ширину запрещенной зоны полупроводника?

1. Кучерук І. М., Горбачук І.Т, Луцик П.П. Т.3. Оптика. Квантова фізика. К.; «Техніка», 2006, – 520 с.

2. Трофимова Т.И. Курс физики – М., «Академия», 2005, – 560 с.

3. Савельев И.В. Курс физики Т.3:Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. М.: «Наука», 1989, – 304с.

а = tg = 3,13·103 К.

Е = 2 k a = 2·1,38·10– 23 (Дж/К)·3,13·103 К / 1,6 ·10– 19 (эВ/Дж) = 0,54 эВ.



Похожие работы:

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Оренбургский государственный университет” Н.А.ТИШИНА ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ Рекомендовано Ученым советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Оренбургский государственный университет в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Сыктывкарский лесной институт – филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия имени С. М. Кирова КАФЕДРА ХИМИИ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Раздел Аналитическая химия Методические указания и контрольные задания для студентов специальности 240406 Технология химической переработки древесины заочной формы обучения Самостоятельное...»

«А.Г. Рипп Разработка методологии и принципов создания электронных учебников Предлагаются шесть принципов, которые должны быть положены в основу разработки современного электронного учебника. Сообщается о разработке на основе этих принципов электронного учебника Молекулярная физика и термодинамика. Введение В связи с широким внедрением во все сферы жизни электронных методов хранения информации естественно возникла задача создания электронных учебников. Возможности и функции электронного учебника...»

«СЕВЕРНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра военной и экстремальной медицины И.Г. Мосягин, А.А. Небученных, В.Д. Алексеенко, И.М. Бойко Медицинская служба гражданской обороны Учебное пособие по медицинской службе гражданской обороны для студентов высших медицинских учебных заведений обучающихся по специальностям: 040100 – лечебное дело 040200 – педиатрия 040300 – медико-профилактическое дело 040400 – стоматология 040500 – фармация 040800 – медицинская биохимия 040900 – медицинская...»

«Ho IL М А К А Р К И Н И. М. ШАРАНОВ Н. Ф. Д Ю Д Я Е В в ; Ф. Б А Й Н Е В ИНФОРМАТИКА УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по экономическим и гуманитарным специальностям САРАНСК ИЗДАТЕЛЬСТВО МОРДОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 1998 УДК 338.242 ББК У.ф М151 Рецензенты: кафедра информационно-вычислительных систем Саранского кооперативного института Московского...»

«ПРИОРИТЕТНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ ОБРАЗОВАНИЕ РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ Л.Е. РОССОВСКИЙ КАЧЕСТВЕННАЯ ТЕОРИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ И ФУНКЦИОНАЛЬНОДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ Учебное пособие Москва 2008 Инновационная образовательная программа Российского университета дружбы народов Создание комплекса инновационных образовательных программ и формирование инновационной образовательной среды, позволяющих эффективно реализовывать государственные интересы РФ через систему экспорта образовательных...»

«Федеральное агентство по образованию АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОУВПО АмГУ УТВЕРЖДАЮ И.о. зав.кафедрой ТиЭФ Е.А. Ванина _2007г. ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ ФИЗИКИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ для специальности 010701 – Физика Составитель: Е.А. Ванина Благовещенск 2007 г. Печатается по решению редакционно-издательского совета инженерно-физического факультета Амурского государственного университета Е.А. Ванина Учебно-методический комплекс по дисциплине История и методология...»

«Федеральное агентство по образованию Российской Федерации НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МИФИ С. Н. Борисов Учебное пособие по физике для учащихся 7-го класса Москва 2009 УДК 53(075) ББК 22.3я7 Б82 Борисов С.Н. Учебное пособие по физике для учащихся 7-го класса. – М.: МИФИ, 2009. – 100 с. В настоящем пособии представлено шесть тем, которые изучаются в курсе физики 7-го класса. По каждой теме представлен необходимый теоретический материал, рассмотрены примеры решения задач....»

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет радиофизики и электроники Кафедра интеллектуальных систем КУРС ЛЕКЦИЙ по специальному курсу Теория принятия решений и распознавания образов Учебное пособие для студентов факультета радиофизики и электроники Минск 2005 1 УДК 681.31:621.38 ББК 32.841я43+32.85я43 ISBN 5-06-0004597 Рецензенты доктор технических наук В. А. Зайка кандидат технических наук, доцент А. А. Белый Рекомендовано Ученым советом факультета радиофизики и электроники 2003 г., протокол №_...»

«Министерство образования Российской Федерации Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова Кафедра физики и химии твердого тела Г. М. Кузьмичева ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ КРИСТАЛЛОГРАФИИ Учебное пособие МИНЕРАЛОГИЯ ХИМИЯ МАТЕМАТИКА КРИСТАЛЛОГРАФИЯ Рентгеновская Хими ч еская Физи ч еская кристаллография кристаллография кристаллография Геометри ч еская макро и микрокристаллография Москва, 2002 г УДК 548. ББК “Основные разделы кристаллографии: учебное пособие /...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МИФИ Ю.Н. Громов Пособие по физике Колебания и волны В помощь учащимся 10 – 11 классов Москва 2009 УДК 534.1(075) ББК 22.32я7 Г 87 Громов Ю.Н. УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ФИЗИКЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. В помощь учащимся 10 – 11 классов. – М.: МИФИ, 2009. – 48 с. Дано систематизированное изложение основного содержания школьного курса физики по разделу Колебания и волны в соответствии с требованиями образовательного...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова Кафедра целлюлозно-бумажного производства, лесохимии и промышленной экологии АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов направления бакалавриата...»

«ПРИОРИТЕТНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ ОБРАЗОВАНИЕ РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ Л.Е. РОССОВСКИЙ, Е.М. ВАРФОЛОМЕЕВ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ И ИХ ПРИЛОЖЕНИЯ К ИССЛЕДОВАНИЮ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ И ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ НЕЛИНЕЙНЫМИ ЛАЗЕРНЫМИ СИСТЕМАМИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Учебное пособие Москва 2008 Инновационная образовательная программа Российского университета дружбы народов Создание комплекса инновационных образовательных программ и формирование инновационной образовательной среды,...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МИФИ Л.Н. ДЕМИНА МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЯ Рекомендовано УМО Ядерные физика и технологии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений Москва 2010 УДК 006.91(075) ББК 30.10я7 Д 30 Демина Л.Н. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: Учебное пособие. – М.: НИЯУ МИФИ, 2010. – 292 с. В учебном пособии изложены основные понятия, методы и...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова Кафедра целлюлозно-бумажного производства, лесохимии и промышленной экологии АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Учебно-методический комплекс по дисциплине для подготовки дипломированного...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОРНЫЙ УТВЕРЖДАЮ Проректор по научной работе профессор В.Л. ТРУШКО ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ ПО СПЕЦИАЛЬНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ ГОРНОПРОМЫШЛЕННАЯ И НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВАЯ ГЕОЛОГИЯ, ГЕОФИЗИКА, МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ДЕЛО И ГЕОМЕТРИЯ НЕДР, соответствующей направленности (профилю) направления подготовки...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова Кафедра физики ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов специальностей 230201 Информационные системы и технологии, 220301 Автоматизация технологических процессов и...»

«Л.С. Атанасян, В.Т. Базылев Геометрия в двух частях Допущено Министерством образования и науки РФ   в качестве учебного пособия   для студентов физико-математических факультетов   педагогических вузов часть 2 Второе издание, стереотипное УДК 514.1(075.8) ББК 22.151.1я73 А92 Рецензент: Л.Е. Евтушик, д-р физ.-мат. наук, В.И. Близникас, проф. Атанасян Л.С. А92 Геометрия: в 2 ч. — Ч. 2 : учебное пособие / Л.С. Атанасян, В.Т. Базылев. — 2-е изд., стер. — М. : КНОРУС, 2011. — 424 с....»

«Федеральное агентство по образованию Сыктывкарский лесной институт – филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия имени С. М. Кирова Кафедра автоматизации технологических процессов и производств ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ПРОИЗВОДСТВА САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ Методические указания для подготовки дипломированного специалиста по направлению 651900 Автоматизация и управление,...»

«Белорусский государственный университет Химический факультет Кафедра физической химии Л.А.Мечковский Л.М.Володкович Развернутая программа дисциплины “Физическая химия” с контрольными вопросами и заданиями Учебно-методическое пособие для студентов химического факультета специальности Н 03.01.00—химия Минск 2004 1 УДК. ББК. Рецензенты Кандидат химических наук доцент Г.С. Петров Кандидат химических наук доцент А.Ф. Полуян Мечковский Л.А., Володкович Л.М. Развернутая программа дисциплины...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.