Zależność temperaturowa oporu półprzewodnika

MARCIN BINIASZ

INFORMATYKA

ROK STUDI�W

28-02-1996

BADANIE ZALENOCI TEMPERATUROWEJ OPORU P�PRZEWODNIKA (TERMISTORA)

NR WICZENIA

P�przewodnik jest to materia, kt�rego przewodnictwo elektryczne w temperaturze pokojowej ma warto poredni pomidzy porednictwem metali i izolator�w.P�przewodniki cechuje wasno, e op�r elektryczny maleje wraz ze wzrostem temperatury w pewnym zakresie, podczas gdy op�r elektryczny dla metali ronie. W p�przewodnikach rozr�niamy dwa rodzaje przewodnictwa:

- przewodnictwo samoistne

- przewodnictwo domieszkowe

Przewodnictwo samoistne jest uwarunkowane przejciem elektron�w z zapenionego pasma walencyjnego do pustego pasma przewodnictwa. W wysokich temperaturach wystarcza wzbudzenie termiczne, aby przerzuci niekt�re elektrony z pasma walencyjnego do pustego pasma przewodnictwa. Gdy elektron zostanie przeniesiony do pasma przewodnictwa, to w pamie walencyjnym zostaje puste miejsce, kt�re nazywa si dziur.

Przewodnictwo domieszkowe (niesamoistne) jest uwarunkowane obecnoci w nim domieszek. Atomy domieszek nazywamy donorami, jeeli wprowadzaj obsadzone poziomy energetyczne z kt�rymi elektrony mog by atwo podniesione do pasma przewodnictwa krysztau. Atomy domieszek nazywamy akceptorami, jeeli wprowadzaj one nieobsadzone poziomy energetyczne, do kt�rych elektrony mog by atwo przeniesione z pasma walencyjnego krysztau, pozostawiajc w nim dziury.

W wiczeniu badamy zaleno temperaturow opornoci termistora, czyli oporu sporzdzanego z materiau p�przewodnikowego. Termistory wykonuje si z tlenk�w miedzi (Cu₂O, CuO), tlenk�w magnezu (Mn₂O, MnO) lub mieszaniny tlenk�w. Cech charakterystyczn termistora jest silna zaleno oporu od temperatury.

W naczyniu z gliceryn znajduje si termistor A. Naczynie podgrzewamy na grzejniku, podczonym do sieci poprzez autotransformator. Za pomoc autotransformatora ustalamy napicie zasilania na okoo 100V. Temperatur kpieli glicerynowej i zanurzonego w niej termistora zmieniamy w zakresie od 20^oC do 100^oC, mierzc co 10^oC op�r termistora za pomoc mostka Wheatstone^,'a. W drugiej czci wiczenia zdejmujemy charakterystyk prdowo-napiciow termistora umieszczonego w powietrzu, a nastpnie w glicerynie o temperaturze pokojowej. Termistor mona ogrza nie tylko przez podniesienie temperatury otoczenia, ale take przez przepuszczenie prdu elektrycznego. Wyniki zestawiamy w tabelce.

220V*

termometr

Do mostka 220V *

Wheatsone'a A

grzejnik

Tabela nr2 . Dla gliceryny. Tabela nr3. Dla powietrza.

U[V]

I[mA]

U[V]

I[mA]

100

1.5

2.2

3.1

4.0

4.9

5.9

6.9

8.1

9.2

100

2.0

3.0

4.3

5.7

7.2

8.8

10.7

13.1

16.0

Tabela nr1.

R[]

ln R

T[C]

T[K]

1/T[1/K]

8200

5000

3200

2100

1350

920

640

460

360

9.01

8.52

8.07

7.65

7.21

6.82

6.46

6.13

5.89

100

293

303

313

323

333

343

353

363

373

3.41

3.30

3.19

3.10

3.00

2.92

2.83

2.75

2.68

OBLICZENIA:

V - klasa 0,5; 2-150V,1dziaka=2V,

mA I=0.02*I,

t =2^oC

R=2%+warto dziaki

U = Klasa * Zakres/100 + 1dziaka

U = 150* 0.5/100 + 2 = 2.75

1. Dla mostka Wheatstone'a.

R/R * 200% = 2%

R = R * 0.02

R₁ = 8200 * 0.02 = 164

R₂ = 5000 * 0.02 = 100

2. Dla miliamperomierza w powietrzu:

I/I*100% = 2%

I = I*0.02

2.0*0.02 = 0.04

3.0*0.02 = 0.06

4. Dla miliamperomierza w glicerynie:

I = I*0.02

1.5*0.02 = 0.15

2.2*0.02 = 0.04

1/T₁ = 1/T²

1/T₁ = 1/ (293)² = 0.0000116

1/T₂ = 1/ (303)² = 0.0000108

lnR = �lnR/R�*R = 0.02

R = R_o*e ^{E / 2kT}

tg = E/2k

E = tg *2k

Eg = 2k * tg = 2k * (lnR/(1/T)) = 2k * (9.0118 - 7.2078)/(3.41*10^-3 - 3*10^-3) = 2k *4400 =

= 2*1.38*10^-23 *4400 = 2.76 * 10^-23 * 4400 = 1.2144 * 10^-19

k = 1.38 * 10^-23

0x01 graphic

=0.31[eV]

Wnioski

Na podsawie przeprowadzonych oblicze otrzymalimy wynik energii aktywacji, kt�ra w przypadku danego termistora wynosi 0.31[eV] . Wyniki dowiadczenia umoliwiy nam wykonanie wykresu zalenoci wielkoci oporu p�przewodnika od wzrostu jego temperatury. Podczas wykonywania pomiar�w w tym doswiadczeniu powsta bad, kt�ry by spowodowany niedokadnym odczytaniem wyniku z urzdzenia pomiarowego. Charakterystyka prdowo-napieciowa p�przewodnika wykazaa, e nie mona opisywa zjawisk w nim zachodzcych za pomoc prawa Ohma. Na charakterystyk prdowo-napieciow bezporedni wpyw wywiera otoczenie, w kt�rym znajduje si p�przewodnik.

Zależność temperaturowa oporu półprzewodnika - 7, KSENIA DEPTA