лабка 1

Контрольные вопросы

1. Какие материалы относятся к классу полупроводников?

2. Назовите основные параметры полупроводниковых материалов.

3. Какие факторы определяют электрическую проводимость полупроводников?

4. Что такое собственная и примесная проводимость?

5. Какие параметры полупроводников можно определить с помощью температурной зависимости их сопротивления?

6. Чем отличается температурная зависимость удельного сопротивления собственного полупроводника от примесного?

7. Чем отличается зависимость подвижности собственного и примесного полупроводника от температуры?

8. Что такое примесь замещения и примесь внедрения?

10. Какие параметры примесного полупроводника можно определить по температурной зависимости концентрации свободных носителей заряда?

11. Что такое калибровочная характеристика датчика температуры? Как определить ее коэффициенты экспериментально?

Лабка 1

1. химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и другие), огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.)

2. Из электрофизических параметров важнейшими являются: удельная электрическая проводимость (или величина обратная ей - удельное электрическое сопротивление), концентрация электронов и дырок, температурные коэффициенты удельного сопротивления, ширина запрещенной зоны, энергия активации примесей, работы выхода, коэффициента диффузии носителей заряда и другие. Для некоторых применений важны коэффициент термо-ЭДС и коэффициент термоэлектрического эффекта, коэффициент Холла и т.п.

3. При температуре абсолютного нуля в отсутствие других внешних воздействий электроны в полупроводниках не обладают энергией, достаточной для преодоления запрещенной зоны. Поэтому полупроводник в этих условиях является диэлектриком. Чем больше ширина запрещённой зоны, тем выше должна быть температура, при которой возникает электронно-дырочная проводимость.

При наличии в полупроводниковых материалах примесей соотношение числа электронов и дырок может изменяться, то есть может усиливаться или дырочная, или электронная проводимость.

Дефекты структур кристаллов также влияют на электрическую проводимость полупроводников, обычно вызывая дырочную проводимость. В зависимости от преобладания того или иного вида проводимости различают полупроводники n-типа и полупроводники р-типа.

4. Примесная полупроводник —называют такой проводник, электрофизические свойства которого определяются примесью. 

Собственный полупроводник это такой проводник, в котором отсутствуют примеси и проводимость которого обусловлена электронами и дырками в равной степени.

5) Сильная зависимость концентраци свободных

носителей от температуры приводит к аналогичной

зависимости проводимости полупроводника и к

уменьшению его сопротивления с ростом температуры по

закону:

R (T) = R0 exp (Еa /2kT )

6)Количеством свободных носителей.

7) для полупроводников характерно резкое изменение электропроводности с изменением температуры. при низких температурах число свободных электронов в них мало и по своим свойствам эти вещества близки к диэлектрикам. с повышением температуры число свободных носителей заряда увеличивается настолько, что эти вещества уже можно отнести к проводникам.

8) примесь замещения — примесный атом, замещающий атом основного компонента в узлах кристаллической решетки; растворяясь в матрице, образует твердые растворы замещения 

• Примесный атом внедрения — атом примеси располагается в междоузлии кристаллической решетки. В металлах примесями внедрения обычно являются водород, углерод, азот и кислород. В полупроводниках — это примеси, создающие глубокие энергетические уровни в запрещенной зоне, например, медь и золото в кремнии.

10) ширина запрещенной зоны, удельная электрическая проводимость, работы выхода – входа.

11) Известно, что сопротивление собственного полупроводника уменьшается с повышением температуры согласно экспоненциальному закону

, (1.1)

где ρ₀ − удельное сопротивление полупроводника при неограниченно большой температуре;

ΔΕ − ширина запрещенной зоны;

К=8,62.10^-5 эВ/К − постоянная Больцмана;

Т − абсолютная температура.

Прологарифмируем эту зависимость

. (1.2)

Отсюда выходит, что в координатах , наблюдается линейная зависимость с угловым коэффициентом В (рис.1.1)

. (1.3)

В этом случае калибровочная прямая датчика температуры на основе собственного полупроводника имеет вид

, (1.4)

где Т_i – измеряемая температура в ⁰С;

В – угловой коэффициент, определяемый по (1.2);

lnR₀ – натуральный логарифм сопротивления полупроводника при бесконечно большой температуре, который определяется экспериментально при калибровке датчика (см. выражение 1.5);

lnR_i – натуральный логарифм сопротивления полупроводника при измеряемой температуре.

Значение коэффициента lnR₀ можно определить усреднением экспериментальных данных согласно:

. (1.5)