- •А.А. Шерченков, ю.И. Штерн Материалы электронной техники
- •Оглавление
- •Лабораторная работа № 1 Определение удельного сопротивления полупроводников
- •Теоретические сведения
- •Бесконтактные методы
- •Контактные методы
- •Температурный коэффициент сопротивления кремния
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Собственный полупроводник
- •Примесный полупроводник
- •Вырожденный и невырожденный полупроводники
- •Концентрация электронов и дырок
- •Температурная зависимость концентрации носителей
- •Температурная зависимость подвижности носителей заряда
- •Температурная зависимость электропроводности
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Экспериментальные результаты
- •Контрольные вопросы
- •Теоретические сведения Эффект Холла
- •Температурная зависимость коэффициента Холла
- •Температурная зависимость удельного сопротивления
- •Расчет дрейфовой подвижности
- •Описание измерительной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Вычисление коэффициента термоЭдс
- •Температурная зависимость коэффициента термоЭдс
- •Зависимость коэффициента термоЭдс от концентрации свободных носителей
- •Измерительная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Требования и отчету
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 Исследование температурной зависимости подвижности электронов и дырок в полупроводниках
- •Теоретические сведения Определение подвижности
- •Температурная зависимость подвижности носителей заряда в полупроводнике
- •Порядок выполнения работы
- •Сущность методов икс
- •Техника выполнения анализа
- •Порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Дифференциальный сканирующий калориметр dsc-50
- •Порядок проведения измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
Порядок выполнения работы
1. Измерить температурные зависимости удельного сопротивления и коэффициента Холла R для образца германия в диапазоне температур 20 – 150 0С. В исследуемом диапазоне температур измерить падение напряжения между контактами 2 – 3 (см. рис.3) при противоположных направлениях тока и рассчитать U и по формулам соответственно (13) и (14). Измерить падение напряжения между контактами 1 – 2 при отсутствии магнитного поля U0 и при противоположных направлениях магнитного поля, рассчитать Uн по формуле (10) или (11), R – по формуле (12).
Все результаты измерений и расчетов записать в табл.1 – 3. Результаты сравнить с известными параметрами германия при комнатной температуре: =0,67 эВ; n=3800 см2/Вс, p=1800 см2/Вс; b=n/p=2,1; ni=2,51013 см-3.
Таблица 1
Экспериментальные результаты
Т, К |
I, мА |
, мВ |
, мВ |
U, мВ |
, мВ |
,мВ |
Uн, мВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2
Экспериментальные результаты
Т, К |
, К-1 |
, Омсм |
lg |
R, см3/Кл |
lgR |
|
|
|
|
|
|
Таблица 3
Экспериментальные результаты
Тип проводимости |
, эВ
|
Концентрация основных носителей, см-3 |
Концентрация неосновных носителей, см-3 |
ni, см-3 |
n, см2/Вс |
p, см2/Вс |
|
|
|
|
|
|
|
2. Построить зависимость R(T), проанализировать поведение R в области перехода от примесной к собственной проводимости. Определить тип примесной проводимости в исследуемом образце.
3. Построить зависимости и . Для наглядности обе зависимости строить на одном графике и в одном относительном масштабе, при этом абсолютные значения по оси ординат для и R необходимо выбрать так, чтобы соответствующие кривые были достаточно близко расположены (см. рис.2).
4. Отметить области примесной и собственной проводимостей на обеих кривых. Обратить внимание на отличие зависимостей lg и lgR от 103/Т в области примесной проводимости и объяснить его. Определить концентрацию основных носителей при комнатной температуре.
5. Определить ширину запрещенной зоны при Т=300 К. Ширина запрещенной зоны в полупроводниках изменяется с температурой. Для германия при Т 200 К зависимость (Т) подчиняется линейному закону вида
, где Ge=410-4 эВ/град.
Величины Ri(T) и I(T) определяются значениями (Т), а наклон логарифмических кривых , в области собственной проводимости – значением ширины запрещенной зоны при 0 К
,
,
где k=1,3810-23 Дж/к = 8,6210-5 эВ/К.
Сравнить полученные результаты.
6. Определить подвижность неосновных носителей при Т=300 К. Для этого экстраполировать зависимости
и
Рис.4. Температурная зависимость удельного сопротивления
из области собственной в область примесной проводимости и определить I и Ri при 300 К (см. рис.2). Используя эти значения и значения и R, измеренные при 300 К, определить подвижность неосновных носителей при 300 К по формуле (8) и (9).
7. Определить подвижность основных носителей. Для этого экстраполировать зависимость из области примесной проводимости в область собственной проводимости до пересечения с экстраполированной кривой из области собственной проводимости в область примесной проводимости (рис.4). Определить отношение подвижностей b=n/p
для p-типа
,
для n-типа
,
где а=е/0; е – удельное сопротивление в точке пересечения прямых экстраполяции зависимости (Т) для областей примесной и собственной проводимостей; 0 – удельное сопротивление данного образца при той же температуре.
Зная подвижность неосновных носителей и отношение b=n/p, определить подвижность основных носителей.
8. По найденным значениям Ri, n, p вычислить собственную концентрацию ni носителей заряда при 300 К по формуле (3).
9. Используя найденные значения собственной концентрации, концентрации основных носителей заряда (см. п.4) и закон действия масс , оценить концентрацию неосновных носителей в образце.
Необходимо иметь в виду, что все предлагаемые в пп. 6-9 оценки не претендуют на высокую точность из-за недостаточной точности самого метода экстраполяции. Однако они позволяют судить о порядке отношений n/p, n/ni, np в исследуемом образце.