Московский Энергетический Институт

(Технический Университет)

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.

Выполнил студент 2-го курса

группы Р-4-00

Проверил

Москва 2002 г.

Цель работы - изучение стандартных методов определения удельной электрической проводимости полупроводников при различных температурах, вычисление энергии активации носителей заряда и изучение влияния температуры на вид вольтамперной характеристики системы металл-полупроводник.

Описание лабораторной установки

Схема установки для измерения удельной проводимости полупроводников и вольтамперной харктеристики p-n перехода приведена на рис. В установке использован двухзондовый метод измерения проводимости в компенсационной схеме, обеспечивающий малую погрешность измерений. Однородные полупроводниковые образцы (из Германия и кремния) изготовлены в виде брусков прямоугольного сечения, на их торцевые поверхности нанесены токовые омические контакты.

Схема установки для измерения удельной проводимости полупроводников и снятия вольт-амперной характеристики системы "металл-полупроводник"

Рабочее задание

1. Определите изменение удельной электрической проводимости s Германия (кремния) при изменении температуры от комнатной до 150 °С (через интервалы температур, указанные преподавателем); при каждой из выбранных Т температур необходимо выполнить b измерений проводимости s(T) образца, (обычно b > 5);

2. Зафиксируйте (нарисуйте) с экрана осциллографа вольтамперные характеристики (ВАХ) р-п перехода контакта полупроводник - вольфрамовая игла при комнатной температуре и при 150 °С в одних координатах. Объясните причину смещения прямой и обратной ветвей ВАХ.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

3. По данным п.1 Задания постройте график зависимости lns = F(1/T) и рассчитайте ширину запрещенной зоны и значение энергии активации на участке примесной электропроводности в исследуемом полупроводнике.

4. Рассчитайте и постройте график зависимости концентрации N носителей заряда в образце от температуры T в координатах Y =ln(N), Х=1/T, используя данные опытные и приведенные в приложении 4.

Данные установки:

Площадь поперечного сечения образца S=7*10-6 м2

Расстояние между зондами L=2.5*10-3 м

Сопротивление эталонного резистора R0=10 Ом

Расчетные формулы:

Удельная проводимость образца s =, где

U0 – падение напряжения на эталонном резисторе.

Ux –падение напряжения на сопротивлении Rx между точками А и В образца.

Энергия активации носителей заряда.

Логарифмируя зависимость удельной проводимости полупроводников от температуры s(Т)= s0exp(-E/2kT), получаем в координатах Y=A+Bx, где А=lns0, В= –Е/2kT, а значит Е ~ tga, где a - угол наклона прямой Y=A+Bx к оси абсцисс. E=2k[lns(Ti+1)-lns(Ti)/– энергия активации носителей заряда, где k – постоянная Больцмана.

Зависимость концентрации носителей заряда от температуры

N=N0*exp(-E/2kT), где N0 – константа

Изменение удельной электрической проводимости s Германия (кремния) при изменении температуры.

T

Uo

Ux

s

299

25,729

358,79

2,5611

323

26,367

239,22

3,9365

348

26,367

106,12

8,8739

373

26,367

47,317

19,901

Сравнение удельной электрической проводимости s с табличными данными показали, что испытуемый образец – германий.

Вольт-амперная характеристика p-n перехода контакта полупроводник – вольфрамовая игла при температурах 500 С и 1000 С.

График зависимости lns = F(1/T)

Расчет энергии активации:

Е=2*8,625*10-5*»0.621

Рассчитанная энергия активации несколько ниже табличного значения для германия.

График зависимости концентрации N носителей заряда в образце от температуры Т.