Лабораторная работа № 7. Изучение температурной зависимости электросопротивление металлов и полупроводников
Изучение температурной зависимости электросопротивление металлов и полупроводников.
Цель работы: 1. Исследовать зависимость сопротивления металлического образца от температуры и определить термический коэффициент сопротивления.
2.Исследовать зависимость сопротивления полупроводникового образца от температуры и определить энергию активации
|
Основные .указания
Для выполнения данной работы студентам необходимо детально ознакомиться с теорией электропроводности кристаллов
Особое внимание следует обратить на различие величины удельной электропроводимости 
; у металлов 
, у полупроводников 
у диэлектриков 
.
Важно помнить, что качественное объяснение такого широкого спектра изменения величины удельной электропроводимости различных кристаллических тел заключается в следующем. Энергетический спектр электронов в кристалле имеет зонную структуру, т.е. области разрешенных значений энергий разделены интервалами запрещенных энергий. Последнюю, заполненную полностью или частично, зону называют валентной (В.З.) , выше валентной имеется полностью свободная от электронов зона, которую называют зоной проводимости (3.Пр.) (Рис.1).
Движение электронов в кристалле сопровождается процессом его перехода из одного квантового состояния в другое. В металлах такие переходы осуществляются при любой температуре. В диэлектриках и полупроводниках при T=O такие переходы невозможны, т.к. валентная энергетическая зона заполнена полностью, При повышении температуры электроны получают дополнительную энергию и могут перейти из валентной зоны в зону проводимости. Ширина запрещенной зоны (3.3.) 
; называется энергией активации.
Следует иметь в виду, что электрический ток в полупроводниках обусловлен одновременным переходом электронов и в зоне проводимости, и в валентной зоне. При перемещении электронов валентной зоны вверх по шкале энергий освобождающийся энергетический уровень движется вниз. Такой уровень отождествляется с фиктивной частицей - дыркой, которая имеет заряд, равный по величине заряду электрона, но противоположного знака.
Для металлов температурная зависимость удельной электропроводимости 
, где е- заряд электрона, n. - концентрация электронов, определяется зависимостью подвижности электронов
от средней длины свободного пробега 
, т.к. число свободных электронов и их скорость v не зависят от температуры.
Необходимо помнить, что вероятность рассеяния электронов пропорциональна числу фотонов, которое при температурах выше температуры Дебая пропорционально температуре. Поэтому средняя длина свободного пробега с ростом температуры уменьшается, подвижность электронов падает, а сопротивление растет
,
где 
- сопротивление образца при 0°С; 
- термический коэффициент сопротивления.
Следует знать, что в полупроводниках от температуры зависят: число электронов и дырок 
, длина свободного пробега 
и скорость движения .электронов 
.
Окончательно
Здесь 
- постоянная Больцмана.