Методика проведення експерименту
У роботі досліджується власний і донорний германій. За результатами роботи необхідно визначити ширину його забороненої зони, концентрацію власних носіїв заряду й донорів.
Ширину забороненої зони напівпровідника можна визначити по температурній залежності опору власного напівпровідника (рис. 2.1).
Відомо, що опір власного напівпровідника зменшується з підвищенням температури за експонентним законом:
(2.1)
де ро –питомий опір напівпровідника при необмежено високій температурі; ΔE –ширина забороненої зони; K = 8, 85·10-5 эВ/К - постійна Больцмана; Т- абсолютна температура.
Прологарифмуємо цю залежність:
(2.2)
Звідси слідкує, що в координатах 
спостерігається лінійна залежність із кутовим коефіцієнтом
. (2.3)
Таким чином, одержавши експериментально залежність , необхідно апроксимувати її прямою лінією й визначити кутовий коефіцієнт отриманої прямої за допомогою співвідношення
(2.4)
Потім з (2.3) знайти ширину забороненої зони германія.
Знаючи, що рухливість електронів у германії при температурі 300 К дорівнює: μn = 3800 см2/(Вּс), а дірок: μр = 1800 см2/(Вּс), і вважаючи, що вона слабко залежить від температури, можна визначити значення концентрації власних носіїв заряду в германія:
(2.5)
де e = 1,6·10-19 Кл – заряд електрона.
Для домішкового напівпровідника, що перебуває при температурі, що відповідає ділянці виснаження домішки, можна визначити й концентрацію донорів:
(2.6)
Експериментально залежність R = f(T)знімають за допомогою схеми виміру, показаної на мал. 2.2.
Питомий опір розраховують так:
(2.7)
де R - опір провідника; S -площа його поперечного переріза; l- довжина.
Геометричні розміри досліджуваних зразків наведені в табл. 2.1.
Таблиця 2.1 – Геометричні розміри досліджуваних зразків
| №№ п/п | Германій (зразок) | Довжина, мм | Розміри поперечного переріза, мм |
| Власний | 1,5´1,3 | ||
| Донорний | 1,2´1,4 |
Завдання до лабораторної роботи
1. Помістити плату з досліджуваними зразками в термостат.
2. Виміряти омметром типу Щ4313 опір власного й
домішкового напівпровідни-ків. Зразки вибирають перемикачем "Вибір зразка" на стенді відповідно до табл. 2.1.
3. Включити термостат і виміряти значення кімнатної температури.
4. Вимірювати в міру прогріву термостата опір і температуру середовища для обох зразків через кожні 5 °С у інтервалі 20...80 °С.
5. Розрахувати значення питомого опору обох зразків
при кожній температурі по (2.7) і побудувати залежність питомого опору від температури.
6. Побудувати залежність для домішкового й власного напівпровідників в єдиних координатах і визначити кутовий коефіцієнт по (2.4).
7. Розрахувати значення ширини забороненої зони, використовуючи (2.3).
8. Розрахувати по відомій залежності концентрацію носіїв
заряду у власному напівпровіднику при кімнатній температурі й концентрацію донорів у домішковому напівпровіднику, використовуючи відповідно (2.5) і (2.6).
9. Зробити висновки про вплив температури й домішки на електричну провідність напівпровідників.
10. Зрівняти отримані значення ширини забороненої зони і концентрації власних носіїв заряду в германії з довідковими.
Теоретичні відомості
I Напівпровідникові матеріали
Напівпровідники - це речовини із шириною забороненої зони більше нуля й менше 3 еВ, тому їхні властивості в значній мірі залежать від зовнішніх умов: температури, освітленості, електричного поля, виду і концентрації домішки й т.д.
Власним напівпровідником називають напівпровідник, що не містить домішок і провідність якого обумовлена електронами й дірками рівною мірою (рис. 2.3).
 |
Домішковим напівпровідником називають напівпровідник, що містить домішку, провідність якого обумовлена або електронами, або дірками. Перший називають електронним, донорним або типу п, а другий - дирковим, акцепторним, або типу р (мал. 2.4).
Напівпровідники підрозділяються на елементарні й напівпровідникові сполуки. До перших відносять германій, кремній, селен, до других - бінарні сполукки типу AxB1-x наприклад: GaAs, InP, GaP, InSb, CdTe і т.д. Комбінуючи різні елементи, можна одержувати і більш складні напівпровідникові сполуки й тверді розчини, наприклад: GaAsxP1-x, GaxAl1-xAs, CdxHg1-xAs і т.д.