Экспериментальная установка

Установка ФПК-07 позволяет исследовать изменение электропроводности металлов и полупроводников при изменении температуры путем непосредственного измерения электрического сопротивления образцов при нагреве в лабораторной электропечи.

Рис. 5.2. Схема установки ФПК-07:

1 – объект исследования; 2 – измерительное устройство

Устройство и принцип работы

1. Устройство состоит из электропечи с установленными в ней образцами (объекта исследования) (1) и устройства измерительного (2).

2. Объект исследования конструктивно выполнен в виде сборного корпуса, в котором установлена электропечь с помещенными внутри образцами, датчик измерителя температуры (термометр сопротивления), вентилятор для работы объекта исследования в режиме охлаждения, источник питания электропечи и вентилятора со схемами управления, а также устройство коммутации и индикации. Электропечь служит для нагрева образцов, температура которых измеряется датчиком измерителя температуры. Вентилятор служит для ускорения охлаждения образцов путем охлаждения электропечи при работе объекта исследования в режиме охлаждения. Источники питания со схемами управления предназначены для питания электропечи и вентилятора и управления их работой с измерительного устройства.

На передней панели корпуса прибора находится окно, которое позволяет наблюдать электропечь и образцы. Переключатель «Образец» предназначен для поочередного подключения образцов (металл - полупроводник) к измерительному входу измерительного устройства.

Положениям переключателя «Образец» соответствует подключение следующих образцов:

• «2» – полупроводник;

• «3» – металл (медь).

На передней панели измерительного устройства размещены следующие кнопки управления и индикации:

• Кнопки «Нагрев» и «Вент» – предназначены для включения и выключения электропечи и вентилятора объекта исследования соответственно.

• Кнопка «Стоп инд» – предназначена для включения (путем повторного нажатия) режима остановки индикации значений температуры и сопротивления при снятии показаний с индикатора. При повторном нажатии кнопки «Стоп инд» происходит выключение данного режима и на индикаторах снова отображаются текущие значения измеряемых величин.

• Индикаторы «С» и «ОМ» – предназначены для индикации значений величин температуры и сопротивления образцов в процессе работы.

• Индикаторы «Нагрев», «Вент» и «Стоп инд» – предназначены для индикации установленных режимов работы.

Принцип действия установки основан на измерении сопротивления образца в процессе его нагрева или охлаждения.

Практические задания

1. Задавайте температуру нагрева от комнатной температуры до 330⁰К через 2–3 градуса. Сделайте 20–25 замеров.

2. Снимайте с прибора показания значения сопротивления для металла и полупроводника (путем переключения тумблера на панели макета). Результаты занесите в табл. 5.1. Если положить сечение проводника и его длину равными 1, то p можно заменить на R. (R=p )

3. Постройте температурную зависимость сопротивления металла и полупроводника R₁ =f₁(T),R₂ =f₂(T) как функцию температуры.

Таблица 5.1

№	Т	1/Т	Металл		Полупроводник
			R1	 = 1/R1	R2	 = 1/R2	ln 
1
…
25

4. Используя формулу (5.5) определить энергию запрещенной зоны для полупроводника с собственной проводимостью при высокой температуре.

5. Объяснить характер зависимости сопротивления от температуры для двух различных веществ.

Обработка результатов.

ПРЕОБРАЗУЕМ ВЫРАЖЕНИЕ (5.5)

- прологарифмируем

- приведем данное выражение к линейному виду

=(5.6.)

где - независимая переменная

С – угловой коэффициент

;

Неизвестную величину ΔЕиз выражения (5.5) удобнее искать графическим способом. Для этого его нужно привести к линеаризованному виду. Преобразуем (5.5), получим:

Если сравнить выражение 5.6. с аналитической зависимостью y = сx, то видим, чтоугловой коэффициент который находится из графика, построенного в координатах lnот 1/Т, (рис. 5.3).

Из графика находимtg

Рис. 5.3. График зависимости проводимости полупроводника от температуры в координатах ln , 1/Т

Определите ширину запрещенной зоны данного полупроводника:

Определенные таким образом значения ширины Езапрещенной зоны приведены для некоторых полупроводников в табл. 5.2.

Таблица 5.2
Полупроводник	Sn (серое) п/п	Ge	Si	Cu2O	ZnO
Е, ЭВ	0,1	0,7	1,1	1,4–1,8	2,2

Полученный результат сравнить с приведенными в табл. 5.2 значениями ширины запрещенной зоны полупроводников (порядок величины).