Tanulmány a hőmérséklet függvényében a félvezető ellenállás meghatározása és az aktiválási energia,

Tanulmány a hőmérséklet függvényében a félvezető ellenállás meghatározása és az aktiválási energia.

Célkitűzés: Megvizsgálni a függőség vezetőképessége félvezető hőmérséklet és szélességének meghatározásakor a tiltott sáv (aktiválási energia).

Készülékek és anyagok: a fűtőelem, egy áramforrást, félvezető hőelem, digitális voltmérő V7-32.

Kombinációs atomok a kristályos test szerkezetét az energiaszintek elektronok megy keresztül jelentős változások. Ezek a változások nem érintik közel a legmélyebb szinten alkotó töltött belső membránon. De a külső szinten gyökeresen átrendeződött. Ez a különbség társul különböző térbeli eloszlása ​​az elektronok, amelyek mély és feküdt a felső energiaszintet. Atomok a kristály szorosan egymáshoz szorítva. A hullám funkciói az elektronok a külső, lényegében átfedik egymást, ami a szocializációs ezen elektronok - tartoznak többé az egyes atomok, és az egész kristály. Ugyanakkor, a belső elektrondonor hullám funkciót egymástól lényegében nem fedik át egymást. A helyzet ilyen szinten a kristályban alig különbözik helyzetüket izolált atomok. A egyedi atomok az azonos elem energia szintje pontosan megfelelő azonosak. Ha az atomok megközelíteni ezeket az energiákat kezd eltérni egymástól. Ahelyett, hogy egy, az ugyanazon a szinten az összes N atom, N jelen nagyon közel, de nem esnek egybe az energiaszintet. Így, minden szinten az izolált atom hasítjuk a kristály gyakran található N szinteken. Rendszerek osztott szintek a kristály formában hagyjuk energia sávok, elválasztva tiltott sávok (1. ábra).

A vezetőképesség a kristályok által meghatározott elektron eloszlás szinteket. Dielektrikumokban elektronok felülről, hogy töltse ki az utolsó foglalt zónák (úgynevezett vegyérték-sáv). Következő engedélyezett sávban (vezetési sávban) nem tartalmaz elektronokat (2A ábra.) Amennyiben Ec - megfelelő energiaszinten az alján a vezetési sáv; S - felső szinten a vegyérték sáv. A sávú, amely elválasztja a vegyérték sávja és vezetőképesség magas (több mint 3 eV) és az elektronok normál körülmények között nem tud „ugrik”. Ez nem elegendő, és az energia az elektromos mező fel a dielektromos letörés. A fémek, az elektronok csak részben van kitöltve az utolsó elfoglalt zónák és benne vannak betöltetlen állapotban (2B.). Jelenlétében egy elektromos mező elektornam jelentett több energiát elegendő fordítás a szabad helyre. Az ilyen kristály elektromos áram vezetésére. Arra utal, hogy a félvezető anyagból, ellentétben dielektrikumra kis bandgap # 948; E (2 eV). A belső félvezetők (tisztán) a elektronok átvitelét elfoglalt vegyértéksáv a vezetési sávban szükséges aktiválási energia egyenlő a sávú. Ez az energia lehet beszerezni növelésével a termikus mozgást az elektronok, illetve alkalmazásával egy külső elektromos mező. vezetőképesség értéke intrinsic félvezetők megállapítást nyer, hogy az elektronok száma a vezetési sávban és lyukak a vegyérték sáv. Az elektronok száma a vezetési sávban egyenlő a rendelkezésre álló energia szintje a valószínűsége befejezését. Valószínűsége a töltés során engedelmeskedik a Fermi-Dirac eloszlás:

ahol E - energia szintet; k - Boltzmann állandó; T - a hőmérséklet; EF - a Fermi energia. A T = K Fermi energia szinten szintjét határozza meg, amely a valószínűsége szakma f (E) = 0,5. A fémek, ez az energia szinten tele elektronok elválasztó zónát a zóna szabad államok. A belső félvezetők közelében található a midgap (ábra. 2). Szokásos hőmérsékleteken, a k érték # 8729; T <<Е – EF, тогда

Ebben az esetben az elektronok főként a szintre, hogy az alján a vezetési sáv, úgyhogy egy energia E a általános képletű (2) tudjuk helyettesíteni energiát Ec megfelel a vezetési sávban alján. Ehelyett a szintek számát a zónában kell néhány tényleges száma Neff alján a zenekar. Így a koncentrációja elektronok a vezetési sávban lesz egyenlő:

Hasonlóképpen azt találjuk, hogy a koncentráció a lyukak a vegyérték sáv egyenlő:

Megszorozva a (3) képlet és a (4), és figyelembe véve, hogy az NE = nD = n, kapjuk:

A különbség az EK - EB = # 948; E - bandgap. Jelöljük, akkor figyelembe négyzetgyöke kifejezés (5), kapjuk:

meghatározzák a vezetőképesség # 948; félvezető. A áramsűrűség egyenlő:

ahol e - elemi töltés, és - az átlagos sebesség a megrendelt mozgás az elektronok és lyukak, ill. Másrészt:

ahol E - elektromos mező, # 948; - vezetőképesség. Behelyettesítve (8) (7), azt találjuk:

ahol - elektron és lyuk mobilitása. Tekintettel arra, hogy az NE = nD = n, és az expressziós (6), kapjuk: