STUDIUL TEMPERATURA DE REZISTENȚĂ Dependence ȘI SEMICONDUCTOR determină conductivitatea energiei de activare
Scopul lucrării este: 1) familiarizarea cu teoria benzilor solide și distribuția electronilor asupra benzilor de energie din semiconductori; 2) familiarizați-vă cu tipurile de conductivitate ale semiconductorilor; 3) studiază dependența rezistivității electrice a unui semiconductor de temperatura și determină energia de activare a conductivității.
Semiconductorii ocupă un loc intermediar în magnitudinea conductivității electrice între metale și dielectrice. O caracteristică caracteristică a semiconductorilor este că mărimea conductivității lor electrice variază foarte mult cu temperatura, iluminarea etc. În special, conductivitatea electrică a semiconductorilor crește odată cu creșterea temperaturii, în timp ce în metale scade.
Proprietățile semiconductorilor descriu teoria benzii solide. În timp ce atomii N sunt izolați, setul de niveluri de energie a electronilor din toți atomii este același. Dacă, totuși, atomii N sunt conectați la un cristal, de exemplu, prin interacțiunea electrostatică dintre ioni și electroni de valență, fiecare nivel de energie al electronilor se împarte în n nivele discrete situate în N, formând banda de energie.
M
Există o zonă interzisă între zone adiacente permise, care cuprinde astfel de valori energetice pe care electronii din cristal nu le pot avea. O bandă de valență într-un semiconductor este formată la despărțirea unui nivel pe care sunt localizați electronii de valență (externi) ai atomilor aflați în starea de bază.
C
Zona liberă (banda de conducție) într-un semiconductor este formată la despărțirea nivelului pe care se pot localiza electronii de valență ai atomilor într-o stare excitat.
La T = 0 în semiconductor, nivelele benzii de valență sunt complet umplute cu electroni, nivelele benzii de conducție sunt libere de electroni, iar intervalul de bandă E0 este de obicei mai mic de 1 eV. Astfel, un semiconductor este un dielectric (figura 1a).
Pentru ca o conductivitate intrinsecă să apară într-un semiconductor, este necesar ca o parte a electronilor din nivelele superioare ale benzii de valență să meargă la nivelele inferioare ale benzii de conducere. Pentru a face acest lucru, electronii de valență trebuie să comunice o energie E0, numită energia de activare a conductivității intrinseci. Această energie poate fi obținută prin electroni de valență, de exemplu atunci când cristalul este încălzit (figura 1b). În același timp, stările vacante ale găurilor de electroni se formează în banda de valență. Electronii de la Valence se pot muta acum de la nivele scăzute la cele superioare, ceea ce corespunde tranziției găurilor în direcția opusă.
Astfel, purtătorii de curent în cazul conductivității intrinseci a unui semiconductor sunt electroni de conducere și găuri. Concentrația purtătoarelor de curent și, în consecință, conductivitatea electrică crește exponențial cu temperatura
unde E0 este energia de activare a conductivității intrinseci; k este constanta Boltzmann; T este temperatura absolută.
Impuritățile introduse în semiconductorul pur conferă impuritate conductivității, în plus față de cea de bază. Apariția atomilor de impurități în rețeaua principală de cristal a semiconductorului conduce la apariția în banda interzisă a nivelurilor locale de impurități permise.
Valența impurității atomi pe diferite 1 de valenta principalilor atomi semiconductoare. Dacă o impuritate de electroni de valență este mai mare decât principalii atomi, electronii în exces ale atomilor de impuritate nu participă la formarea legăturilor chimice în cristal. Acestea ocupă nivele de donatori în apropierea fundului benzii de conducere (figura 2a). Când T> 0, obținem E1 energiei de activare datorită energiei termice, electronii de la nivelurile donator la banda de conducție. Astfel ia naștere o conductivitate impuritatea semiconductor electronic, care în acest caz se numește un semiconductor n - tipul și impuritatea în ea - impuritate donor, ca consumabile electroni banda de conducție.
Concentrarea electronilor de conducere depinde exponențial la temperatură
Aici E1 este energia de activare a conducerii electronilor de impurități.
Dacă atomii de impuritate de electroni de valență este mai mică decât cea a principalilor atomi ai unui semiconductor, atomii de impuritate pentru a forma legături chimice în electronii de captare de cristal de numărul de valență de electroni de atomi gazdă. În acest caz, se formează găuri în banda de valență a atomilor principali. Electronii împrumutați se află la nivelele acceptoare din apropierea părții inferioare a benzii interzise (figura 2b). Pentru a forma găuri, energia de activare este E2, pe care electronii o obțin din cauza mișcării termice.
Semiconductorul considerat are o conductivitate a găurilor și se numește semiconductor de tip p, iar impuritățile în el, care captează electroni din banda de valență, sunt acceptori.
Concentrația gaurilor de transport actuale depinde exponențial la temperatură
Aici, E2 este energia de activare a conducerii gaurilor de impurități.
Proba investigată a unui semiconductor este carbura de siliciu cu impurități. Dependența de temperatură a rezistenței eșantionului are forma
Luând logaritmul expresiei (1), obținem
Ecuația (2) este reprezentată grafic printr-o linie dreaptă (figura 3). Selectând punctele 1 și 2 pe linia dreaptă trasată prin toate punctele experimentale, calculam energia de activare prin formula
O probă a semiconductorului este plasată într-un termostat. Temperatura T se măsoară printr-un termocuplu și se citește din scala dispozitivului W 4500, gradat în grade Celsius. Rezistența R se măsoară printr-un multimetru în kilohm.
1. Activați indicatorul W 4500 și multimetrul în rețea. Măsurați temperatura și rezistența probei. Înregistrați rezultatele măsurătorilor în tabel.
4. Graficul LNR = f (1 / T) a găsit tg prin formula (3) și pentru a calcula energia de activare a impurității de carbură de siliciu în conductibilitate de electroni
(1 eV = 1,6, 10 -19 J).
5. Să tragem o concluzie.
1. Ce substanțe sunt legate de semiconductori?
2. Ce tipuri de conductivitate semiconductoare sunt cunoscute?
3. Cum depinde rezistența unui semiconductor de temperatură?
4. Cum explică teoria bandelor solide dependența de temperatură a rezistenței semiconductorilor?
5. Cum se determină energia de activare a conductivității impurităților, folosind graficul lnR = f (1 / T)?
6. Ce suporturi de încărcare sunt de bază în semiconductori de tip n?
7. Ce transportoare de sarcină sunt cele principale în semiconductori de tip p?
8. Care sunt proprietățile joncțiunii pn?
Trimiteți-le prietenilor: