- •Хід роботи
- •Завдання до лабораторної роботи
- •Теоретичні відомості.
- •I. Діелектричні матеріали
- •2. Поляризація діелектриків
- •3. Види поляризації діелектриків
- •4. Класифікація діелектриків по видах поляризації
- •5. Діелектричні втрати
- •6. Розрахунок потужності втрат і тангенса кута діелектричних втрат у діелектрику
- •7. Розподіл діелектриків по видах діелектричних втрат
- •Контрольні питання
- •Завдання до лабораторної роботи
- •Теоретичні відомості
- •I. Напівпровідникові матеріали
- •2. Параметри власних напівпровідників
- •3. Параметри домішкових напівпровідників
- •Завдання до лабораторної роботи
- •Теоретичні відомості
- •1. Провідникові матеріали
- •2. Вплив температури на питомий опір металів
- •3. Вплив домішки на питомий опір провідників
- •4. Класифікація провідникових матеріалів
- •Контрольні питання
- •Література
Завдання до лабораторної роботи
Помістити плату з досліджуваними зразками в термостат.
Виміряти омметром типу Щ4313 опір власного й домішкового напівпровідників. Зразки вибирають перемикачем "Вибір зразка" на стенді відповідно до табл. 2.1.
Включити термостат і виміряти значення кімнатної температури.
Вимірювати в міру прогріву термостата опір і температуру середовища для обох зразків через кожні 5 °С у інтервалі 20...80 °С.
Розрахувати значення питомого опору обох зразків при кожній температурі по (2.7) і побудувати залежність питомого опору від температури.
Побудувати залежність для домішкового й власного напівпровідників в єдиних координатах і визначити кутовий коефіцієнт по (2.4).
Розрахувати значення ширини забороненої зони, використовуючи (2.3).
Розрахувати по відомій залежності концентрацію носіїв заряду у власному напівпровіднику при кімнатній температурі й концентрацію донорів у домішковому напівпровіднику, використовуючи відповідно (2.5) і (2.6).
Зробити висновки про вплив температури й домішки на електричну провідність напівпровідників.
Зрівняти отримані значення ширини забороненої зони і концентрації власних носіїв заряду в германії з довідковими.
Теоретичні відомості
I. Напівпровідникові матеріали
Напівпровідники - це речовини із шириною забороненої зони більше нуля й менше 3 еВ, тому їхні властивості в значній мірі залежать від зовнішніх умов: температури, освітленості, електричного поля, виду і концентрації домішки й т.д.
Власним напівпровідником називають напівпровідник, що не містить домішок і провідність якого обумовлена електронами й дірками рівною мірою (рис. 2.3).
Доиішковим напівпровідником називають напівпровідник, що містить домішку, провідність якого обумовлена або електронами, або дірками. Перший називають електронним, донорним або типу п, а другий - дирковим, акцепторним, або типу р (мал. 2.4).
Напівпровідники підрозділяються на елементарні й напівпровідникові сполуки. До перших відносять германій, кремній, селен, до других - бінарні сполукки типу AxB1-x наприклад: GaAs, InP, GaP, InSb, CdTe і т.д. Комбінуючи різні елементи, можна одержувати і більш складні напівпровідникові сполуки й тверді розчини, наприклад: GaAsxP1-x, GaxAl1-xAs, CdxHg1-xAs і т.д.
2. Параметри власних напівпровідників
1. Ширина забороненої зони E - це енергетична щілина, поділяюча валентну зону й зону провідності. Іншими словами, це - висота потенційного енергетичного бар'єра, яку потрібно прикласти до власного напівпровідника, щоб звільнити електрон. Ширина забороненої зони залежить від температури вкрай слабко, еВ:
= 0 - Т, (2.8)
де = 8,6·10-5 еВ/К - температурний коефіцієнт. Його необхідно враховувати тільки для вузькозонних матеріалів.
2. Ефективна маса носіїв заряду , яка виражає ступінь взаємодії носіїв заряду з позитивно зарядженими вузлами решітки. Ефективна маса електрона завжди менше ефективної маси дірки .
3. Рухливість носіїв заряду (µп, µр) - це дрейфова швидкість носія заряду в поле одиничної напруженості, см2/(Вс):
(2.9)
Рухливість залежить від ефективної маси носія заряду:
(2.10)
де τп,р - час життя носія заряду, тому рухливість електронів вище, ніж дірок.
З підвищенням температури у власному напівпровіднику рухливість убуває за законом
(2.11)
де А - деяка постійна.
Це пов'язане зі зменшенням часу життя носія заряду за рахунок зіткнення про тепловими коливаннями атомів кристалічної решітки.
4. Концентрація вільних носіїв заряду пi, - це кількість носіїв заряду в одиниці об'єму речовини. З підвищенням температури у власному напівпровіднику руйнуються зв'язки й електрон стає вільним, а на його місці утвориться розірваний зв'язок – дірка (см. рис. 2.3). Скільки утворилося електронів, стільки й дірок, тому у власному напівпровіднику
п = р = пі. (2.12)
Це приводить до експонентної залежності концентрації вільних носіїв від температури:
(2.13)
де NC, NV - число ефективних рівнів відповідно в зоні провідності й у валентній зоні.
5. Питома електрична провідність σi. У загальному випадку відповідно до закону Ома в диференціальній формі електрична провідність власного напівпровідника визначається для двох типів носіїв заряду - електронів і дірок:
(2.14)
де e - заряд електрона; п, р - концентрація відповідно вільних електронів і дірок.
З обліком (2.12)
(2.15)
З огляду на (2.11) і (2.13), одержуємо
(2.16)
Відомо, що NC й NV залежать від температури в ступені 3/2, тоді
(2.17)
де σ0 - електрична провідність напівпровідника при нескінченно великій температурі.
Більш зручно представляти таку залежність у координатах ln σ = f(1/T), де вона лінійна, причому кутовий коефіцієнт нахилу дорівнює ΔE/2k (рис. 2.5).