Sprawozdanie_203.pdf

(1356 KB) Pobierz
Imię, nazwisko:
Data:
27.01.2017
Wydział, kierunek, semestr:
WBMiZ, MiBM, 3 semestr
Ocena:
Nr ćwiczenia, temat:
Podpis:
203. Wyznaczanie zależności
przewodnictwa od temperatury
dla półprzewodników i
przewodników
Wstęp
Prawo Ohma w najogólniejszej postaci stwierdza, że gęstość prądu w dowolnym miejscu
materiału przewodzącego jest wprost proporcjonalna do natężenia pola elektrycznego.
⃗
⃗
j
�½
E
,
gdzie j - gęstość prądu ,
E - natężenie pola elektrycznego ,
s - przewodnictwo elektryczne .
Przewodnictwo elektryczne określone jest wzorem :
�½
e n
n
p
p
n , p - koncentracje nośników ,
mn , mp - ruchliwość nośników .
Ponieważ koncentracja i ruchliwość zależą od temperatury i rodzaju materiału , więc
przewodnictwo elektryczne także zależy od tych czynników .
W półprzewodnikach decydujący wpływ na przewodnictwo ma koncentracja
nośników. W przewodnikach koncentracja nośników jest bardzo duża i nie zależy od
temperatury. O zależności temperaturowej przewodnictwa decyduje w nich zmniejszanie
się ruchliwości ze wzrostem temperatury.
Pomiary
W trakcie ćwiczenia dokonywano pomiaru oporności dwóch próbek (przewodnika i
półprzewodnika) w temperaturach zwiększanych stopniowo o 5 st C w przedziale 21-95 st
C (różnica pomiędzy pierwszym a drugim pomiarem wyjątkowo 4 st C) Temperaturę
próbek regulowano pośrednio za pomocą regulacji napięcia prądu przyłożonego do
grzałki. Błąd pomiaru temperatury wynosił ±0,1 K. Opór mierzono multimetrami o
dokładności pomiarowej ±0,8%. Wyniki pomiarów przedstawia tabela.
Temperatura [st C]
21
25
30
35
40
Opór przewodnika [MΩ]
0,225
0,188
0,147
0,120
0,099
Opór półprzewodnika [Ω]
108,4
109,7
111,4
113,4
115,3
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
0,082
0,068
0,057
0,045
0,038
0,032
0,027
0,023
0,020
0,017
0,015
117,2
119,1
121,1
122,6
124,2
126,1
128,0
130,0
131,8
133,6
135,5
Wykres zależności rezystancji R od temperatury T dla przewodnika i półprzewodnika
Jak widać wykres zależności oporności przewodnika od temperatury jest linią prostą.
Obliczmy zależność temperaturową dla przewodnika:
R=R0 [1+A(T-T0)] gdzie R0- opór w temperaturze T0, A- średni współczynnik
temperaturowy oporu.
Przekształcając otrzymujemy:
A=(R/R0-1)/(ΔT)
A=(R/R0-1)/(T-T0)= (135,5/108,4-1)/74=0,003
Temperatura [st
C]
21
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
Temperatura T
[K]
294
298
303
308
313
318
323
328
333
338
343
348
353
358
363
368
1/T [1/(K*10^3)]
Opór
półprzewodnika
R[Ω]
108,4
109,7
111,4
113,4
115,3
117,2
119,1
121,1
122,6
124,2
126,1
128,0
130,0
131,8
133,6
135,5
Ln(1/R)
3,40
3,37
3,30
3,25
3,20
3,15
3,10
3,05
3,00
2,96
2,92
2,87
2,83
2,79
2,76
2,72
-4,685
-4,698
-4,713
-4,731
-4,748
-4,764
-4,780
-4,797
-4,809
-4,822
-4,837
-4,852
-4,868
-4,881
-4,895
-4,909
Wykres zależności ln(1/R) od f(1/T)
Obliczmy współczynnik nachylenia tej prostej.
Stosując metodę regresji liniowej otrzymamy współczynnik nachylenia prostej a równy:
a=0,32464
Korzystając z tego współczynnika oraz wzoru
a=E
dom
/2k, gdzie:
E
dom
– energia poziomu domieszkowego,
k – stała Bolzmana,
możemy obliczyć energię poziomu domieszkowego.
E
dom
=a*2k≈4,482137*10
-22
[J]≈2,79753*10
-5
[eV]
W trakcie ćwiczenia zaobserwowaliśmy dużą zależność rezystancji półprzewodnika od
jego temperatury. Dla porównania przewodnik wykazywał dużą stabilność oporności przy
zmianach temperatury.
Zjawisko zależności oporności materiałów od temperatury jest szeroko stosowany w
urządzeniach pomiaru temperatury tzw. termoparach.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin