Strona 1

WYZNACZANIE PRZERWY ENERGETYCZNEJ W POLPRZEWODNIKU

2006-03-22 02:03:53

http://labor.ps.pl/wfe11.html

Wyznaczanie przerwy energetycznej w półprzewodniku

OPIS TEORETYCZNY

Ze względu na własności elektryczne półprzewodnikami nazywamy materiały, których oporność właściwa mieści się w zakresie

od około 10

-5

do około 10

8

[Om

.

m], to znaczy znacznie mniej niż dielektryków (10

8

do 10

13

), ale dużo więcej niż przewodników (10

-6

do 10

-8

) .

Te i inne właściwości półprzewodników najłtwiej opisać w oparciu o

model pasmowy

ciała stałego. Z modelu tego wynika, że przewodnictwo

właściwe półprzewodników zeleży od szerokości przerwy energetycznej (szerokości pasma wzbronionego) oraz od temperatury. Jest to
zrozumiałe, gdyż po pierwsze, im mniejsza przerwa energetyczna (energia aktywacji) tym łatwiej elektronom przeskoczyć z pasma
walencyjnego do pasma przewodnictwa, aby móc brać udział w przewodzeniu prądu, a po drugie, wyższa temperatura (a więc i energia
kinetyczna elektronów) również ułatwia elektronom przeskoczenie przez przerwę energetyczną do pasma przewodnictwa. Typowa wielkość
przerwy energetycznej dla półprzewodników mieści się w zakresie od 0.23eV dla InSb do 5.33eV dla diamentu. (Dla energii pojedynczych
cząsteczek wygodniej jest używać

elektronowoltów

zamiast dżuli). Temperaturowa zależność przewodnictwa właściwego

półprzewodników

samoistnych określona jest przez zależność

W omawianym ćwiczeniu, z tej właśnie zależności wyznaczamy szerokość przerwy energetycznej w półprzewodniku.

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie wielkości przerwy energetycznej w badanej próbce półprzewodnikowego kryształu germanu.

METODA POMIAROWA

Zestaw pomiarowy składa się z próbki germanowej umieszczonej w kąpieli olejowej (aby ciepło równomiernie ze wszystkich stron docierało do
próbki) i wraz z nią umieszczonych w termostacie czujników: cyfrowego miernika temperatury i cyfrowego omomierza.

Bezpośrednio mierzonymi wielkościami są temperatura oraz oporność półprzewodnikowej probki, a nie przewodnictwo właściwe. Idea pomiaru
jest więc następujaca:

Praktycznie, wyznaczamy szerokość pasma wzbronionego nie bezpośrednio z powyższego wzoru, lecz z wykresu zależności

lnR=f(1/T).

Oznaczając dla uproszczenia AS/l = C = const mamy:

Strona 2

WYZNACZANIE PRZERWY ENERGETYCZNEJ W POLPRZEWODNIKU

2006-03-22 02:03:53

http://labor.ps.pl/wfe11.html

Wykres ten powinien wyglądać mniej więcej tak:

W praktyce współczynnik kierunkowy prostej należy wyznaczyć

metodą regresji liniowej

. Pozwala to na równoczesne wyznaczenie niepewności

pomiarowej tego współczynnika (odchylenia standardowego), a tym samym niepewności pomiarowej szerokości przerwy energetycznej.

CZYNNOŚCI POMIAROWE

Zmierzyć opór próbki w zakresie od temperatury pokojowej do 90

o

C co 5

o

C,

OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW

Posługując się metodą najmniejszych kwadratów (regresji liniowej) określić współczynniki "a" i "b" prostej będącej wykresem zależności
ln R = f(1/T) oraz ich odchylenia standardowe.
Narysować tę prostą
Obliczyć szerokość pasma wzbronionego oraz niepewność jej wyznaczenia (odchylenia standardowe)
Wyniki zebrać w tabeli:

Uwaga: W niższych temperaturach przeważa przewodnictwo domieszkowe nad samoistnym, dlatego w regresji liniowej pominąć punkty
odpowiadajace niższym temperaturom (o ile wyraźnie odbiegają one od prostej).

UWAGA

Można tu także

ś

ciągnąć pełną postać instrukcji stanowiskowej

zapisaną w formacie WORD-a

Powrót do

Strony tytułowej