2.Методика эксперимента и экспериментальная установка

На рис.2.1 схематично изображена экспериментальная установка.

Рис.2.1. Блок-схема экспериментальной установки.

Полупроводниковый образец сопротивлениемR подключают к источнику напряжения  и помещают в термостат. В установке предусмотрена возможность плавного изменения температуры термостата и ее измерения цифровым термометром. Поскольку ток цепи пропорционален проводимости полупроводника, то должна иметь место зависимость :

. (2.1)

Линейная зависимость (2.1) во всем диапазоне температур свидетельствует о неизменности типа проводимости.

Для измерения величины энергии запрещенной зоны следует построить зависимость

(2.3)

(рис.2.2), и определить тангенс угла наклона прямой . Для этого следует взять два значения тока и соответствующие им значения. Получается система уравнений:

,

.

Вычтем из второго уравнения первое, получим

,

отсюда .

С увеличением температуры образца возможно изменение типа проводимости, как указывалось выше. Тогда график зависимости

может иметь излом (рис.2.3), который свидетельствует об изменении типа проводимости. Измеряя тангенсы наклона линейных участков графика, оказывается возможным определить не только энергию запрещенной зоны, но и энергию положения примесного уровня. На рис.2.3. участок АВ соответствует примесной проводимости, ВС – истощению примесей и СD- собственной проводимости полупроводника. Поведение графика на участке ВС может быть сложнее, нежели изображено на рис.2.3, что связано с фазовыми переходами при нагреве образца.

Рис. 2.3. Зависимость логарифма тока от величины обратной температуре

полупроводников с примесной проводимостью.

Установка выполнена в виде прибора настольного типа. На передней панели (рис.2.4) расположены: тумблер 1 «сеть»; тумблер 2 переключения сопротивлений, имеющий два положения, соответствующие первому и второму полупроводникам, имеющим разный тип проводимости; тумблер «термометр» 3, включающий термометр с цифровым табло 4, на котором отображается температура термостата в С; тумблер 5 «нагреватель», производящий включение нагревателя термостата; переключатель 6 , переводящий мультиметр 7 в режим измерения напряжения или тока; регулятор 8 напряжения, который позволяет изменять напряжение, подаваемое на сопротивление.

3. Порядок выполнения исследований

1. Включить тумблер 1 «сеть».

2. Тумблер 2 переключения сопротивлений установить в положение ,. соответствующему первому сопротивлению.

3. Включить термометр тумблером 3 «термометр».

4. Измерить температуру термостата в градусах Цельсия, записать в таблицу 1.

5. Переключатель 6 перевести в положениеU, регулятором 8 напряжения установить подаваемое на сопротивление напряжение 1В (указатель диапазонов мультиметра должен стоять на диапазоне 20В по шкале DCV). Записать в таблицу 1.

6. Переключатель 6 перевести в положениеI, диапазон измерений мультиметра установить 2000по шкалеDCA. Измерить ток через сопртивление (в мА). Записать в таблицу 1.

Таблица 1.

, ^0С
Т, К
I, мА

7. Включить нагреватель тумблером 5 «нагреватель». Повторять измерения тока (п. 6) через каждые 2С до 50С.

8. Выключить нагреватель. Повторить измерения п.п.6-7 при остывающем термостате.

9. Повторить п.п.6-8 для двух других значений напряжения (2В и 3В).

10. Тумблер 2 переключения сопротивлений установить в положение , соответствующему второму сопротивлению.

11. Повторить п.п.4 -9.

12. Построить графики зависимости для каждого сопротивления.

13. Определить величину энергии запрещенной зоны E_g , измеряя тангенс угла наклона.

14.Сделать вывод о характере проводимости полупроводниковых сопротивлений и, сопоставляя величины тангенсов угла наклона построенных графиков.