4

144 ćwiczenia laboratoryjnez fizyki

Tabela 18.1. WlalciwoSci materiałów półprzewodnikowych

Związek	E.(T=293K) |eVJ	K t;«. |cm^ł/Vs|	V, (cm*/Vs)
C-dlanwnt	m	1800	1400
SI	* 1,107	1 1900	500
f? Ge	j 0.67	3800	.1820
i- a Sn	0.08	2500	2400
i AlAs	2il6	1200	420
1 GlP	2J4 M	300 1	100 |
GtAs	^1 ■ .'1,35 i	8800	400
GaSb	0,67	D000	1400
inP !	. -U? l	4600	ISO
1' In As	0,36	33000	460
| InSb	0,165	78000	750

I

7

18.2. Opis układu pomiarowego

Badana próbka o wymiarach 2x2x20 mm³ została wycięta z monokrysta-licznego walca germanu. Po mechanicznym wypolerowaniu i obróbce chemicznej wykonywano kontakty elektryczne. W tym celu na dłuższym jej boku wtopiono próżniowo w temperaturze 600°C stop Pb+10% In. Próbka germanu jest monokryształem o rezyslywności 0,60 firn.

Badana próbka germanu umieszczona jest wewnątrz pieca rezystorowego. Cienkie druciki przylutowane do kontaktów elektrycznych próbki połączone są z precyzyjnym cyfrowym miernikiem rezystancji. Temperatura próbki mierzona jest za pomocą przecechowanej termopary Cu - konstantan podłączonej do woltomierza cyfrowego. Temperaturę pieca można regulować, zmieniając natężenie prądu płynącego przez taśmę rezystorową pieca.

18.3. Przeprowadzenie pomiarów

1.    Zaznajomić się z układem pomiarowym.

2.    Przełącznik ustawić w jednym z trzech położeń umożliwiających pomiar rezystancji próbki (R_n> R_2}, R_l}).

3.    Zmierzyć rezystancję półprzewodnika w temperaturze pokojowej.

4.    Włączyć zasilacz i regulować prąd płynący przez piec tak, aby uzyskać szybkość ogrzewania około 3°C/min.

l/waga: Można wybrać jeden z dwóch sposobów zmian temperatury próbki:

•    szybko podnosić jej temperaturę; wówczas należy wykonać pomiary podczas ogrzewania i schładzania oraz obliczyć wartość średnią

*    powoli podnosić jej temperaturę; wówczas pomiar przy schładzaniu pieca jest zbyteczny (nie obserwuje się „histerezy" otrzymanych wyników). Optymalny sposób powolnego ogrzewania do: 50°C - /= 0,5 A; od 50°C do

70°C -1 = 0,7 A; od 70°G do 100°C -1 = 0,9 A; od 100°C do 120°C -1=1,1 A. Nie przekraczać wartości natężenia prądu / = 1,25 A!!!

5. Notować wskazania miernika rezystancji co 5°C, aż do uzyskania temperatury około 125-C.

18.4.    Opracowanie wyników pomiarów

1. Zaznaczyć punkty pomiarowe zależności \gR =    na wykresie. Zinterpretować przebieg wykresu.

2.    Wybrać 5-7 punktów z zakresu liniowego powyższej zależności 1 poprowadzić przez nią prostą w optymalny sposób. Wyznaczyć nachylenie wykreślonej prostej a metodą najmniejszych kwadratów Gaussa wraz z jej odchyleniem standardowym a₃ ■

3.    Na podstawie wzoru (18.9) obliczyć szerokość przerwy energetycznej E_g i jej niepewność standardową u(E_t).

4.    Wyznaczyć zgodnie z zależnością (W.23) niepewność rozszerzoną dla wartości przerwy energetycznej E„ przyjmując do obliczeń współczynnik rozszerzenia równy 2. Sprawdzić zgodność uzyskanej wartości z wartością tabelaryczną.

18.5.    Pytania kontrolne

1.    Omówić mechanizm powstawania pasm w ciałach stałych.

2.    Podać podział ciał stałych ze względu na ich właściwości elektryczne.

3.    Omówić strukturę pasmową półprzewodnika samoistnego.

4.    Zinterpretować zależność konduktywności półprzewodnika od temperatury.

5.    Jak wyznaczyć przerwę energetyczną półprzewodnika?