Ćwiczenie Nr 321

Ćwiczenie Nr 321
Temat: Wyznaczanie przerwy energetycznej w półprzewodniku
I. Literatura
1. B.N.Buszmanow, J.A.Chromow, Fizyka Ciała Stałego, rozdz. 5, § 4,5,6.
2. Ch.A.Wert, R.M.Thomson, Fizyka Ciała Stałego.
3. P.Wilkes, Fizyka Ciała Stałego dla metaloznawców.
4. C.Kitel, Wstęp do fizyki ciała stałego.
II. Tematy teoretyczne
1. Struktura pasmowa ciał stałych.
2. Przewodnictwo elektronowe i dziurowe w półprzewodnikach samoistnych i
domieszkowanych (typu p i n).
III. Metoda pomiarowa
Szerokość pasma wzbronionego E należy wyznaczyć z temperaturowej
zależności przewodnictwa właściwego półprzewodnika:
  A exp (E / 2kT ) .
W doświadczeniu będziemy mierzyć nie przewodnictwo, a oporność próbki.
Korzystając z zależności R 
l
słusznej dla przewodnika o kształtach
S
prawidłowych uzyskujemy wzór:
 E 
R  B  exp 

 2kT 
(1)
(B- to pewna stała, charakterystyczna dla danej próbki; k- stała Boltzmanna)
Badana próbka umieszczona jest w termostacie pozwalającym zmieniać i
regulować temperaturę.
IV. Zestaw przyrządów
Badana próbka germanowa, cyfrowy omomierz, termostat, termometr
cyfrowy.
V. Czynności pomiarowe
1. Włączyć omomierz. Sprawdzić temperaturę próbki. Jeśli jest ona wyższa
niż 30oC, należy najpierw schłodzić próbkę do ok.25oC. (Patrz instrukcja
obsługi ultratermostatu)
2. Zmierzyć opór próbki w zakresie temperatur od pokojowej do 90C
(pomiary wykonać co 5C). Wyniki umieścić w tabeli:
t [oC]
R [Ω]
T [K]
lnR
1
[K-1]
T
Aktualnie używana próbka germanowa ma wymiary:
2,2 x 5,6 x 15,2 mm (a x b x c ) ( S= a x b)
VI. Opracowanie wyników pomiarów.
1. Uzupełnić tabelę. ln R oznacza logarytm naturalny z wartości liczbowej
oporu wyrażonej w omach.
1
2. Sporządzić wykres zależności ln R  f   (*).
T 
3. Stosując metodę regresji liniowej wyznaczyć szerokość pasma
wzbronionego ΔE w badanym półprzewodniku i niepewność
standardową jej wyznaczenia u(ΔE):
u ( E )  E 
E  2  k  a
u (a )
a
-------------------------------------------------------------------------------------------------------(*)
(Równanie (1) po zlogarytmowaniu ma postać:
E 1

2k T
 
 a x
ln R  ln B 


y  b
Współczynnik kierunkowy tej prostej wynosi a 
E
, więc E  2  k  a ).
2k