Rok studiów:
|
Laboratorium Materiałoznawstwa Temat ćwiczenia: Badanie wpływu temperatury na rezystancję przewodników i półprzewodników. |
Data wykonania: |
Numer ćwiczenia: |
Grupa Laboratoryjna: |
Wykonawcy:
|
Data oddania:
|
Ocena: |
1. Wstęp teoretyczny.
Ze wzrostem temperatury wzrastają amplitudy drgań atomów w węzłów sieci, rośnie wtedy prawdopodobieństwo zderzeń z elektronami. Stąd ze wzrostem temperatury maleje ruchliwość elektronów, a więc i konduktywność metalu.
gdzie
jest współczynnikiem temperaturowym rezystywności .W zakresie od
do
prawdziwe jest również przybliżenie
, gdzie
jest rezystywnością przewodnika w temperaturze
. Współczynniki temperaturowe niektórych przewodników zawarto w tabeli:
Metal |
|
Cu |
0,0041 |
Al |
0,0040 |
Ag |
0,0040 |
Au |
0,0038 |
Fe |
0,0059 |
Sn |
0,0044 |
Podobnie jak w metalach, gęstość prądu w półprzewodniku można określić wzorem:
gdzie n jest koncentracją nośników ładunku, u ich ruchliwością, a
-konduktywnością .
Różnica polega na tym, że w półprzewodniku prąd jest sumą prądu elektronowego i dziurowego
, gdzie
.
2. Schemat układu pomiarowego.
3. Tabela pomiarowa.
t |
Czas t [s] |
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R5 |
22,5 |
0 |
99,11 |
6,08 |
108,81 |
14,26 |
99,01 |
25 |
60 |
99,12 |
6,09 |
108,39 |
14,22 |
99,02 |
30 |
400 |
99,17 |
5,94 |
80,03 |
11,42 |
99,02 |
35 |
690 |
99,26 |
5,56 |
58,32 |
9,04 |
99,01 |
40 |
930 |
99,31 |
5,67 |
49,52 |
8,00 |
99,00 |
45 |
1170 |
99,38 |
5,60 |
41,26 |
7,02 |
99,00 |
50 |
1470 |
99,44 |
5,52 |
33,18 |
5,94 |
99,00 |
55 |
2000 |
99,57 |
5,47 |
24,45 |
4,65 |
99,00 |
60 |
2190 |
99,59 |
5,45 |
21,92 |
4,3 |
99,00 |
65 |
2535 |
99,66 |
5,45 |
18,66 |
3,75 |
98,99 |
70 |
2970 |
99,69 |
5,45 |
15,26 |
3,21 |
98,98 |
75 |
3450 |
99,77 |
5,51 |
12,85 |
2,80 |
98,97 |
80 |
3930 |
99,85 |
5,61 |
10,95 |
2,45 |
98,97 |
4. Wykresy.
5. Uwagi i wnioski.
Przy wyznaczaniu temperaturowego współczynnika rezystywności wzięto pod uwagę element z pozycji nr 1 ,ponieważ tylko on ma
dodatnie .Pod uwagę wzięto również element nr 5, ponieważ posiada
bliskie zeru (jednakże ujemne). Z obliczeń wynika że element nr 5 prawdopodobnie wykonany jest ze stopu Cu-Ni o podobnych zawartościach procentowych tych pierwiastków w stopie. Dzięki temu
= -0008/deg jest bliskie zeru co ma niebagatelne znaczenie z punktu widzenia metrologii. Element nr1 posiada
=0,013 /deg .
Pozostałe elementy wykazują duże ujemne zmiany rezystancji , stad wniosek , że elementy te są półprzewodnikami. Z analizy wykresów R=f(dt) wynika, że półprzewodniki oznaczone jako R3 i R4 są prawdopodobnie półprzewodnikami samoistnymi ze względu na ich ekspotencjalną zmianę rezystancji w funkcji temperatury. Element R2 jest półprzewodnikiem domieszkowanym. Wniosek taki można wysunąć ze względu na charakter zmian rezystancji tego elementu : do temp. 60C rezystancja maleje bardzo silnie ze wzrostem temperatury. Począwszy od 60C wzrost koncentracji zostaje zahamowany, ponieważ wszystkie atomy domieszki są zjonizowane (konduktywność półprzewodnika zmienia się tak jak w przypadku metali).