Szerokosc przerwy energetycznej dla termistora, fff, dużo


Politechnika Śląska

Wydział Mechaniczny Technologiczny

Mechanika i Budowa Maszyn

Grupa 6

Temat ćw.: Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej termistora.

Sekcja 10

Paweł Śliwiak

Roman Zawisz

Krzysztof Szymiczek

  1. Wprowadzenie :

Przewodność właściwa półprzewodników określona jest przez koncentrację nośników ruchliwość :

σ=e(n+++n--).

W celu zbadania temperaturowej zależności przewodnictwa elektrycznego pół­przewodników należy przeanalizować zależność temperaturową koncentracji i ruchli­wości obydwu rodzajów nośników: elektronów i dziur.

Stan energetyczny elektronów w sieci krystalicznej półprzewodnika opisany jest elektrodynamiką kwantową. Prawdopodobieństwo obsadzenia stanu ener­getycznego o wartości W określa funkcja rozkładu Fermiego-Diraca:

0x01 graphic
,

gdzie: k - stała Boltzmanna, T - temperatura, a WF - tzw. energia Fermiego. Energia odpowiada poziomowi, którego prawdopodobieństwo obsadzenia przez elektron wynosi 1/2. Położenie poziomu Fermiego jest jednoznacznie związane z kon­centracją nośników ładunku w danej temperaturze. Znając rozkład koncentracji stanów dna pasma przewodnictwa WC:

0x01 graphic

i odpowiednio w pobliżu wierzchołka pasma podstawowego WV:

0x01 graphic

można obliczyć koncentrację nośników w danej temperaturze. W powyższych wzo­rach oznaczono przez m* - masy efektywne elektronów i dziur, a h - stałą Plancka.

Można wykazać, że iloczyn koncentracji nośników zależy tylko od szerokości przerwy energetycznej Wg i temperatury T:

np = 0x01 graphic
gdzie: 0x01 graphic

jest wielkością stałą. Ze wzoru wynika bardzo ważny wniosek, że iloczyn kon­centracji nośników ładunku nie zależy od położenia poziomu Fermiego, ani od tego, czy półprzewodnik zawiera domieszki lub defekty sieci, czy też nie. W półprzewodni­ku samoistnym koncentracje elektronów i dziur są sobie równe:

n = p = 0x01 graphic

Wstawiając przykładowo dla germanu wartość szerokości przerwy energetycznej Wg = 0,67 eV otrzymamy w temperaturze pokojowej (300 K) koncentrację nośników n =- 2,4 * 109 m-3, a dla krzemu (Wg = l,11 eV) - n = 1,5 * 1016 m-3. Ruchliwość nośników zależy od mechanizmu rozpraszania ich energii. Jeśli Wg » kT, to składnik T3/2+p zmienia się z tem­peraturą znacznie wolniej niż wielkość eksponencjalna. Można więc przyjąć, że:

0x01 graphic

Na rys. 2.1 pokazano typowy przebieg temperaturowej zależności przewodności elektrycznej półprzewodnika w skali logarytmiczno-odwrotnościowej 0x01 graphic
.

0x01 graphic

Na wykresie tym można wyróżnić trzy charakterystyczne obszary:

I - w zakresie niskich temperatur praktycznie nie zachodzi termiczna generacja par elektron-dziura, a zjo­nizowana jest tylko część domie­szek; koncentracja zjonizowanych domieszek zależy wykładniczo od temperatury

II - w zakresie średnich temperatur (-150°C ÷ +75°C - dla germanu i -100°C ÷ +15O°C - dla krzemu) praktycznie wszystkie domieszki są zjonizowane i prze­wodność praktycznie jest stała, ponieważ w dalszym ciągu nie zachodzi termicz­na generacja par elektron-dziura,

III - w zakresie wysokich temperatur dominuje termiczna generacja par elektron­dziura i przewodność elektryczna półprzewodnika zmienia się z temperaturą tak jak dla półprzewodnika samoistnego.

Zewnętrzne pole elektryczne zmienia energię nośników ładunku powodując w konsekwencji zmianę ruchliwości, przy czym ruchliwość może rosnąć lub zmniej­szać się zależnie od mechanizmu rozpraszania. Silne pole elektryczne prowadzi do zmiany koncentracji nośników ładunku (jonizacja zderzeniowa, zjawisko Zenera, we­wnętrzna emisja polowa, zjawisko Starka).

Termistory są przyrządami półprzewodnikowymi wykorzystującymi zmiany opor­ności przy zmianie temperatury. Zasadniczo termistory posiadają ujemny współczynnik temperaturowy oporności, a ich opór zmienia się z temperaturą zgodnie ze wzorem:

0x01 graphic

gdzie R - oporność w temperaturze dążącej do nieskończoności, B = Wg/2k - stała materiałowa. Tak zwana znormalizowana rezystancja termistora R25 definiowana jest jako jego oporność w temperaturze 25°C.

Temperaturowy współczynnik oporności określa względną zmianę oporności przy zmianie temperatury o 1 deg:

0x01 graphic

Temperaturowy współczynnik oporności określa się zwykle w odniesieniu do tem­peratury 25°C:

0x01 graphic

Termistor jest elementem nieliniowym, a wykres spadku napięcia na jego końcach jako funkcji natężenia płynącego prądu jest krzywą z wyraźnym maksimum (rys. 2.2). W zakresie niewielkich prądów opór pozostaje stały i obserwuje się prawie liniową za­leżność pomiędzy napięciem i natężeniem prądu (zgodność z prawem Ohma). Przy wzroście prądu termistor zaczyna się nagrzewać, co powoduje zmniejszanie się rezy­stancji. Dalszy wzrost prądu powoduje tak silny spadek rezystancji, że napięcie maleje.

0x01 graphic

Zwykle termistory wykonuje się w postaci spieku mieszaniny sproszkowanych materiałów półprzewodnikowych (termistorem jest grafit oraz niebieski diament).

Termistory z dodatnim współczynnikiem tempe­raturowym oporności wykonuje się z tytanianu baru BaTi03 i jego roztworów stałych, z SrTi03 i BaSn03 domieszkowanych La, Ce itp. Można stosować rów­nież monokrystaliczny krzem domieszkowany borem. Dobierając odpowiedni skład związków tytanianowych uzyskuje się termistory o współczynniku temperaturowym rzędu 50%/°C. Termistory z dodatkiem cyny posiadają liniową zależność ln R(T) w stosun­kowo szerokim przedziale temperatur. Termistory stosuje się głównie do pomiaru temperatury oraz w układach elektronicznych do kompensacji termicznej.

  1. Przebieg ćwiczenia :

1. Łączymy obwód wg schematu pokazanego poniżej.

0x01 graphic

2. Zmieniając temperaturę kąpieli olejowej w przedziale 20°C ÷ 60°C co 3 deg mie­rzymy oporność termistora.

3. Pomiary powtarzamy podczas ochładzania termistora.

4. Rysujemy wykres zależności temperaturowej R = f(T).

5. Rysujemy wykres zależności 0x01 graphic
i obliczamy współczynniki regre­sji liniowej tej zależności.

6. Obliczamy szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika:

0x01 graphic

i przeprowadzamy rachunek błędów.

7. Łączymy obwód wg poniższego schematu

0x01 graphic

8. Zmieniając napięcie zasilania w granicach od zera do 50 V co 2 V notujemy wska­zania mierników.

9. Rysujemy wykres charakterystyki napięciowo-prądowej badanego termistora.

Sprawozdanie z fizyki

- 4 -



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Wyznaczanie szerokosci przerwy energetycznej termistora, fff, dużo
Przerwa energetyczna termistora2, fff, dużo
Przerwa energetyczna termistora, fff, dużo
Wyznaczanie szerokości przerwy energetycznej termistorów
WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ PÓŁPRZEWODNIKA METODĄ TERMICZNĄ (TERMISTOR), Automatyka
WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ PÓŁPRZEWODNIKA METODĄ TERMICZNĄ (TERMISTOR)
111-4, materiały studia, 111. WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ W PÓŁPRZEWODNIKU METODĄ T
Wyznaczanie temperatury Curie dla ferrytow, fff, dużo
FIZ12WYK, Wyznaczanie szeroko˙ci przerwy energetycznej w p˙˙przewodniku metod˙ termiczn˙.
FIZ12WYK, Wyznaczanie szeroko˙ci przerwy energetycznej w p˙˙przewodniku metod˙ termiczn˙.
Elek- Pomiar szerokości przerwy energetyczn w półprzewodnik, Sprawozdania - Fizyka
Wyznaczanie wspolczynnika zalamania szkla dla pryzmatu, fff, dużo
Wyznaczanie temperatury Curie dla ferrytow1, fff, dużo
WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ PÓŁPRZEWODNIKA
Wyznaczanie temperatury Curie dla ferrytow2, fff, dużo
Współczynnika Kappa dla powietrza 2, fff, dużo

więcej podobnych podstron