FIZA12, Wyznaczanie szeroko˙ci przerwy energetycznej w p˙˙przewodniku metod˙ termiczn˙.


Wyznaczanie szerokości przerwy energetycznej w półprzewodniku metodą termiczną.

1. Wstęp teoretyczny

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii aktywacji DE.

Zgodnie z teorią pasmową przewodnictwo elektryczne półprzewodników związane jest z ruchem elektronów w paśmie przewodnictwa i dziur w paśmie walencyjnym. W temperaturze zera bezwzględnego pasmo walencyjne jest całkowicie wypełnione elektronami, natomiast pasmo przewodnictwa pozbawione jest elektronów.

W wyższych temperaturach energia ruchu cieplnego pewnej ilości elektronów przekracza wartość przerwy energetycznej i elektrony te przechodzą do pasma przewodnictwa. Ilość takich elektronów rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Wynika z tego , że koncentracja elektronów w paśmie przewodnictwa (n) i dziur w paśmie walencyjnym (p) zależna jest od stosunku T/DE, gdzie DE jest energią aktywacji zależną od rodzaju materiału i stopnia domieszkowania półprzewodnika. Zależność tą opisują równania :

gdzie : k - stała Boltzmanna, T- temperatura w skali bezwzględnej. Dla półprzewodnika samoistnego energie aktywacji elektronów i dziur są jednakowe i równe połowie szerokości przerwy energetycznej.

Dla półprzewodnika domieszkowego , do pasma przewodnictwa wzbudzane są elektrony z poziomów donorowych . Zależność koncentracji elektronów w paśmie przewodnictwa od temperatury jest wówczas analogiczna do równania przedstawionego powyżej ( dla n ) , z tym zastrzeleniem , że DEn jest zbliżona do różnicy energii między poziomem donorowym a pasmem przewodnictwa. Tak więc związek między przewodnictwem elektrycznym półprzewodnika a

temperaturą można wyrazić równaniem:

gdzie DE jest odpowiednią dla danego półprzewodnika energią aktywacji.

Z powyższego równania wynika , że :

Po zlogarytmowaniu:

co oznacza , że wykres zależności

dla półprzewodnika powinien być linią prostą , której nachylenie zależy od wielkości energii aktywacji.

2.Opis przebiegu ćwiczenia .

W stosowanym układzie pomiarowym miarą gęstości nośników ładunku generowanych termicznie w termistorze jest odwrotność oporu termistora.

Pomiary oporu termistora w zależności od temperatury wykonujemy za pomocą cyfrowego miernika oporu.

Przebieg pomiarów:

-Wykonaliśmy pomiary oporu termistora w zależności od temperatury

w przedziale od 25 oC do 200 oC

-Pomiary zostały powtórzone podczas obniżania temperatury poprzez

schładzanie grzejnika za pomocą wentylatora.

3.Wyniki pomiarów.

Wyniki pomiarów ilustruje poniższa tabela.

Tabela zawiera także wartości logarytmów naturalnych oporu grzania i chłodzenia oraz odwrotności temperatury.

4.Opracowanie wyników pomiarów.

Wartości logarytmów i odwrotności temperatur zawarte są w tabeli.

Metodą regresji liniowej wyznaczyliśmy wartości współczynników kierunkowych dla:

- ogrzewania:

A=3937.34 ±21.51 [ K ]

- chłodzenia:

A=3909.90 ±39.42 [ K ]

Wyniki obliczeń przedstawione są na wykresie na następnej stronie.

Na podstawie obliczonych wartości współczynników kątowych prostych , można wyznaczyć średnie wartości energii aktywacji DE półprzewodnika , z którego wykonany jest termistor , oraz ich błędy . (DE = Ak )

Wynoszą one :

-dla ogrzewania

DE= (5.43 ±0.02) E-20 [J]

-dla chłodzenia

DE= (5.39 ±0.05) E-20 [J]

Błędy wyznaczania DE liczone były ze wzoru , że (błąd DE ) = | k * błąd A|

5.Wnioski

Metoda pozwala wyznaczyć z dużą dokładnością wartość energii aktywacji półprzewodników. Błąd powodowany jest tylko dokładnością przyrządów pomiarowych oraz niedoskonałością ludzkiego oka (błąd odczytu temperatury). Gdyby termometr , mógł być zastąpiony przyrządem o większej czułości i dokładności można by było wyznaczyć DE z wiele większą dokładnością.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
FIZ12WYK, Wyznaczanie szeroko˙ci przerwy energetycznej w p˙˙przewodniku metod˙ termiczn˙.
FIZ12WYK, Wyznaczanie szeroko˙ci przerwy energetycznej w p˙˙przewodniku metod˙ termiczn˙.
111-4, materiały studia, 111. WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ W PÓŁPRZEWODNIKU METODĄ T
Wyznaczanie szerokości przerwy energetycznej termistorów
WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ PÓŁPRZEWODNIKA METODĄ TERMICZNĄ (TERMISTOR), Automatyka
WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ PÓŁPRZEWODNIKA METODĄ TERMICZNĄ (TERMISTOR)
WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ PÓŁPRZEWODNIKA
Wyznaczanie szerokosci przerwy energetycznej termistora, fff, dużo
111-2, materiały studia, 111. WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ W PÓŁPRZEWODNIKU METODĄ T
Wyznaczanie szerokości przerwy energetycznej metodą termiczną, Polibuda, Fiza, Fizyka sprawozdania (
Wyznaczanie szerokości przerwy energetycznej metodą termiczną, PRZERWAE, Wydzia˙: AEI
111-4, materiały studia, 111. WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ W PÓŁPRZEWODNIKU METODĄ T
Elek- Pomiar szerokości przerwy energetyczn w półprzewodnik, Sprawozdania - Fizyka
Szerokosc przerwy energetycznej dla termistora, fff, dużo
Pomiar szerokości przerwy energetycznej w półprzewodnikach, WSTĘP
Atom Pomiar szerokości przerwy energetycznejw półprzewod 2

więcej podobnych podstron