Studiul dependentei de temperatura a rezistenței din materiale semiconductoare și determinarea energiei de activare,

Studiul dependentei de temperatura a rezistenței din materiale semiconductoare și determinarea energiei de activare.

Obiectiv: Pentru a investiga dependența conductivității semiconductor de temperatură și determinarea lățimii benzii interzise (energia de activare) acesteia.

Aparatură și materiale: un element de încălzire, o sursă de energie, cu un termocuplu semiconductor, digital, voltmetru V7-32.

atomi de combinare în structura corpului cristalina a nivelelor de energie ale electronilor suferă schimbări importante. Aceste modificări nu afectează aproape cele mai profunde niveluri, formând membrana interioara umplut. Dar nivelurile exterioare rearanjate radical. Această diferență este asociat cu distribuția spațială diferită de electroni, care sunt în adânc și situate pe nivelurile de energie superioare. Atomii din cristal sunt strâns presate unul față de altul. Funcțiile de undă ale electronilor din exterior se suprapun în mod substanțial, ceea ce duce la socializarea acestor electroni - ele aparțin nici mai mulți atomi individuali, și întregul cristal. În același timp, funcția de undă de electroni intern dintr-un alt mod substanțial nu se suprapun. Poziția acestor niveluri în cristal diferă puțin de poziția lor în atomi izolați. În atomi singulari ai aceleași niveluri de energie element care corespunde exact identice. Atunci când atomii se apropie de aceste energii încep să se abată. In loc de unul, același nivel pentru toți atomii de N, N are loc foarte aproape, dar nu nivelurile de energie coincidente. Astfel, fiecare nivel al atomului izolat este scindată în cristal adesea situate la nivele N. Sisteme de nivele de divizare în benzile de energie sub formă cristalină permise, separate prin benzi interzise (Fig.1).

Conductivitatea cristalelor determinate de nivelele de distribuție de electroni. În dielectrici electronii din partea de sus pentru a umple ultimele zone ocupate (așa-numita bandă de valență). Următorul permis bandă (banda de conducție) nu conține electroni Acolo unde Ec - nivelul de energie care corespunde în partea inferioară a benzii de conducție (figura 2a.); S - nivelul superior al benzii de valență. Diferența de bandă care separă banda de valență și conductivitate este mare (mai mult de 3 eV) și electronii în condiții normale, nu se poate „sari“. Este insuficientă și energia câmpului electric până la străpungere dielectrică. In metale, electronii sunt doar parțial umplute cu ultima din zonele ocupate și în ea există stare vacant (Fig. 2b). În prezența unui câmp electric elektornam au raportat mai multă energie suficientă pentru traducere la locul liber. Un astfel de cristal va efectua curent. Se referă la un material semiconductor având, spre deosebire de dielectricilor, un mic bandgap # 948; E (2 eV). Semiconductorii intrinseci (pur) pentru transferul electronilor din banda de valență ocupată la banda de conducție energia de activare necesară egală cu diferența de bandă. Această energie poate fi obținută prin creșterea mișcării termice a electronilor sau prin aplicarea unui câmp electric extern. valoare a conductivității semiconductori intrinseci este determinată ca fiind numărul de electroni din banda de conducție și găuri în banda de valență. Numărul de electroni în banda de conducție este egal cu numărul de nivele de energie disponibile cu privire la probabilitatea de finalizare. Probabilitatea nivelurilor de umplere se supune distribuția Fermi-Dirac:

unde E - nivelul de energie; k - constanta Boltzmann; T - temperatura; EF - energia Fermi. La nivel de energie T = K Fermi determină nivelul de care probabilitatea de ocupare f (E) = 0,5. Pentru metale, acest nivel de energie umplut cu electroni care separă zona de zona statelor libere. Semiconductorii intrinseci este situată în apropierea midgap (fig. 2). La temperaturi obișnuite, valoarea k # 8729; T <<Е – EF, тогда

In acest caz, electronii se ocupa in principal cu niveluri care sunt în partea de jos a benzii de conducție, astfel încât o energie E în formula (2) se poate substitui energia Ec corespunzătoare de jos banda de conducție. În schimb, numărul total de niveluri în zona ar trebui să fie un număr Neff efectiv în partea de jos a benzii. Astfel, concentrația de electroni din banda de conducție va fi egală cu:

De asemenea se constată că concentrația de găuri în banda de valență este egală cu:

Înmulțind cu formula (3) și (4) și având în vedere că NE = nD = n, obținem:

Diferența CE - EB = # 948; E - bandgap. Notam luând apoi rădăcina pătrată a expresiei (5), obținem:

defini conductivitatea # 948; semiconductoare. Densitatea de curent este egal cu:

în cazul în care e - taxa elementară, și - viteza medie a mișcării ordonate a electronilor și găuri, respectiv. Pe de altă parte:

unde E - câmp electric, # 948; - conductivitate. Substituind (8) în (7), găsim:

în cazul în care - de electroni și gaura mobilităților. Dat fiind faptul că Ne = nD = n, iar expresia (6), obținem: