Мета цього досвіду - визначити ширина забороненої зони напівпровідникового матеріалу. Досвід базується на залежності від електропровідність напівпровідника з температури.
ТЕОРЕТИЧНИЙ ФОНД
Чудовою характеристикою деяких матеріалів є те, що, на відміну від того, що відбувається в металах, їх провідність зростає із збільшенням температури. Ці матеріали називаються напівпровідники і його поведінку можна пояснити за допомогою теорія енергетичних зон у твердих тілах.
Як і у випадку з ізоляторами, нижня енергетична зона (валентна зона) є повною і відокремлена від наступної порожньої енергетичної смуги забороненою смугою. Існування забороненого діапазону енергії між валентною та провідниковою зонами є важливим для пояснення електричних характеристик напівпровідників.
Цей заборонений енергетичний інтервал відповідає енергії, яку електрон з валентної зони повинен отримати, щоб перейти в зону провідності. Ширина забороненої зони в напівпровідниках невелика (близько 1 еВ), тому легко термічно збудити електрони від валентної зони до зони провідності.
У міру збільшення термічного збудження атомні зв’язки розриваються і створюються електронно-діркові пари, що збільшує кількість носіїв заряду: отримується електрична провідність збуджених електронів в зоні провідності та дірок в зоні провідності.
Отже, провідність швидко зростає з підвищенням температури. Якщо ступінь домішок у зразку не дуже висока (власний напівпровідник), залежність провідності від температури описується експоненціальною функцією:
де ЕГ - енергетична ширина забороненої смуги, кБ Постійна Больцмана, Т абсолютна температура і σ - константа (вона змінюється залежно від температури, але її можна вважати постійною щодо зміни експоненціального коефіцієнта, якщо EG >> kB T).
Шляхом лінеаризації цього рівняння та побудови графіків даних з ln (s) проти 1/Т, можна здійснити налаштування на лінійну функцію методом найменших квадратів і отримати енергію забороненої смуги ЕГ від нахилу отриманої лінії.
Для того, щоб отримати зміну провідності зразка напівпровідника з температурою, через пластину пропускають електричний струм і вимірюють різницю потенціалів між його крайніми значеннями для різних температур. Значення провідності отримують з омічного опору для кожної температури:
де л - довжина плити і S ваш розділ.
Матеріали, необхідні для виконання практики (зліва направо): амперметр, термометр, опір нагріву, опора для напівпровідникової пластини, вольтметр, джерело живлення та різні кабелі для їх підключення:
Усі підключені матеріали:
Опора напівпровідникової плати та її з'єднань, амперметр (червоний), вольтметр (синій), термометр (жовтий) та ті, що від джерела живлення (чорний):
Аплет: Клацніть тут, щоб отримати доступ до його інструкції.