1. Цель работы

Целью данной работы является приобретение навыков измерения удельного сопротивления проводниковых материалов

2. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

2.1. Измеритель удельного поверхностного сопротивления полупроводниковых материалов ИУС-3.

2. Микрометр.

3. Штангенциркуль.

4. Микрокалькулятор.

5. Градусник.

6. Пластина меньшего диаметра из материала марки КЭ2А.

7. Пластина большего диаметра из материала марки КД1Б.

2. С ХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ

П рибор ИУС-3 измеряет удельное поверхностное сопротивление пластины.

где коэффициент 4,53 определяется расположением зондов.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

2. Результаты измерений геометрических размеров и температуры пластины сведены в табл. 1, где D – диаметр пластины; h – толщина пластины; ℓ – расстояние между зондами 2 и 3, равное 1мм.

Nпластин	D,mm	H,mm	L,mm	l/D	h/l	T,C
1	28,5	0,752	1	0,035	0,752	24,5
2	71	0,88	1	0,014	0,88	24,5

2. Результаты измерений удельного поверхностного сопротивления пластин сведены в табл. 2.

2. У дельное сопротивление пластины при температуре t=… определено по формуле:

где F₁ и F₂ коэффициенты, зависящие от геометрических размеров пластины.

В ычислить удельное сопротивление пластины при температуре t=20°С найдено по формуле:

где С_t – температурный коэффициент удельного сопротивления пластины

Nпластины	ρs Ом/	F1	F2	ρt Ом*см	Тип образца	Ct% град.-1	ρ, Ом*cм
1	266	0,035	0,752
2	189	0,014	0,88

5. Выводы

5.1.

5.2.

5.3.

5.4.

5.5.

5.6.

Рай

Рай

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

"ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

ДЛЯ p-n ПЕРЕХОДА"

1. Цель работы

Целью данной работы является приобретение практических навыков по исследованию p-n перехода полупроводниковых материалов и знакомство с измерительной аппаратурой, применяемой для данного исследования.

2. Краткие теоретические сведения

Имеют промежуточное значение удельной проводимости от 10^-3 до 10⁵См/м. Удельная проводимость полупроводников изменяется с изменением температуры внешнего поля. При уменьшении температуры проводимость уменьшается, а при температуре в ноль градусов Кельвина полупроводники не проводят электрический ток, т.е. становятся диэлектриками, но при возрастании температуры удельная проводимость полупроводников резко увеличивается.

Это изменение происходит из-за появления свободных носителей зарядов, которые присущи только строению полупроводника. Для появления свободных зарядов полупроводнику необходимо сообщить дополнительную энергию. Этой приложенной энергией является тепловое поле. Соответственно такие заряды называют тепловыми, или равновесными. Для появления равновесных зарядов не обязательно проводить тепловое поле, т.к. тепловое поле может быть следствием подведения электрического тока, который в свою очередь приводит к выделению тепловой энергии, и появлению свободных зарядов. Например, чем больше величина тока протекает в проводнике, тем больше выделяется тепловая энергию, следовательно, увеличивается число свободных зарядов, и это приводит к увеличению удельной проводимости.

Каким образом ни была бы подведена дополнительная энергия, в полупроводнике появляются неравновесные заряды, количество которых увеличивает электропроводность полупроводника. На электропроводность полупроводника оказывают влияние его структура, поэтому при введении каких-либо примесей в полупроводнике будет изменяться электропроводность.

Полупроводник – это вещество, основным свойством которого является сильная зависимость его электропроводности от воздействия внешних факторов. Все полупроводники делят на 2 группы: простые и сложные полупроводники.

– Простой полупроводник – это полупроводник, в состав которого входят атомы 1-го химического элемента. Например: кремний, германий, селен, теллур, бор, углерод, фосфор, сера, мышьяк, сурьма, серое олово.

Структура сложных полупроводников образована атомами различных химических элементов. К этой группе относят твердые растворы и химические соединения, обозначаемые A_xⁿB_y^m, где x и y – число атомов этого элемента в соединении, m и n – номер группы в периодической таблице Д.И. Менделеева. Например, арсенид галлия относят к группе A³B⁵, а оксид меди Cu₂O относят к соединениям типа A₂^ІB^VІ .

Кроме того, в полупроводниковых материалах могут участвовать тройные и более сложные химические соединения. Например: антрацен, фталоцианин, нафталин. Нестабильность электропроводности в зависимости от величин тока, освещенности, облучения ядерными частицами, воздействии ядерных и магнитных полей, механических нагрузок является принципом, положенным в основу полупроводниковых приборов.

Полупроводники используют для изготовления транзисторов, диодов, фоторезисторов, светодиодов, лазеров, микросхем, пьезодатчиков. Сфера применения полупроводников постоянно расширяется.

Собственная электропроводимость полупроводников

Полупроводники имеют кристаллическую решетку. При кристаллизации они образуют алмазоподобную модификацию гранецентрированной кубической решетки, в которой каждый атом, расположенный в узле кристаллической решетки, окружен четырьмя другими, и, связан с ними ковалентными связями. При этом каждый внешний электрон принадлежит двум атомам, вследствие чего внешняя оболочка достраивается до восьми атомов.

Это элементарная ячейка алмазоподобной структуры. Для того, чтобы в полупроводнике появились свободные носители, необходимо сообщить энергию активации ∆W_a равную энергии разрыва ковалентной связи. Освободившись, электрон начинает хаотически двигаться по объему полупроводника. Обладая собственным зарядом, он будет перемещаться в направлении противоположном направлению внешнего поля, разгоняясь до скорости v. Отношение скорости дрейфа электронов к напряженности поля называют подвижностью электронов μ₀­=U/E. Т.о., чем больше скорость перемещения электронов, тем больше его подвижность. На месте оторвавшегося электрона образуется дырка. Дырка – это незаполненная зарядом ковалентная связь. Разрыв одной ковалентной связи приводит к появлению в полупроводнике сразу 2-х носителей заряда. Положительно заряженной дырки и отрицательного заряженного электрона. Этот процесс пар электрон – дырка называется генерацией. Если в полупроводнике электропроводность возникает за счет собственных ковалентных связей, то её называют собственной.

При переходе электронов с одного энергетического уровня на другой, уровни расщепляются при сближении атомов, и образуется валентная зона. Энергетические уровни, которые могут занять свободные электроны, называют зоной проводимости. Уровни, в которых отсутствуют электроны, называют запрещенной зоной. Ширина запрещенной зоны в полупроводниках от 0.1 до 3 эВ.

Одновременно с генерацией пар электрон–дырка, в полупроводнике протекает обратный процесс. Электроны переходят из зоны проводимости в валентную зону, заполняю дырку и выделяя энергию ∆W. Этот процесс называют рекомбинацией.

Примесная электропроводность полупроводников

В идеальном полупроводниковом кристалле проводимость возникает за счет собственной электропроводности. В реальных полупроводниках добавляют примеси, для получения требуемых характеристик (I_к0, I_б0, U_бэ, U_кэ, β – статический коэффициент передачи и т.п.). Поэтому в идеальных полупроводниках преобладает примесная электропроводность. Примесная электропроводность – это следствие несовершенства кристаллической структуры полупроводника, т.к. любой кристалл содержит дефекты. Примесная электропроводность бывает двух видов: донорная акцепторная.

Дефекты, вызывающие появление в полупроводнике дополнительные свободные электроны, называют донорными, а проводимость – электронной.

Дефекты, вызывающие в полупроводнике дырки, называют акцепторными, а электропроводность – дырочной.

В соответствии с этим все проводники делятся по преобладанию проводимости на два типа: электронный (n-типа) и дырочный (p-типа).

Определение типа электропроводности

Электропроводность полупроводника определяют по эффекту Холла.

Если пластину полупроводника поместить в магнитное поле с индукцией В, а в перпендикулярном направлении пропустить ток, с плотностью j, то в полупроводнике возникает поперечное электрическое поле, перпендикулярное току и магнитному полю. На движущийся в магнитном поле электрон действует сила F=evB, где v – скорость движения электронов, B – величина индукции, которая ускоряет этот электрон. Направление движения электронов определяется правилом левой руки (правило буравчика). Под действием силы F, электроны смещаются к поверхности полупроводника по экспоненциальному закону. При этом создается электрическое поле с напряженностью E_x, направленной вверх и воздействующей на электрон в обратном направлении с силой E_x. В случае равновесия F=E_x, или evB=-eE_x, скорость движения электронов определяют через плотность тока (j) и концентрацию электронов (n). U=j/(n*e). E_x=-jB/(n*e)=RjB, где R=1/(n*e) – коэффициент Холла.

Если проводник имеет дырочную проводимость, то коэффициент Холла будет положительным R=1/(n*e). Если проводник имеет электронную проводимость R=-1/(n*e), то коэффициент Холла будет отрицательным.

Эффект Холла можно использовать для определения подвижности носителей заряда по величине удельной проводимости полупроводника μ=γ(гамма)R.

Степень проводимости полупроводников зависит от степени освещения, величины протекающего тока, его полярности и не зависит от влажности и радиации.

3. Схема макета

Схема макета для исследования p-n перехода на рис. 1, где ВП – блок питания.