Лабораторне завдання. Методика виконання роботи базується на використанні закону Ома і побудові вольт-амперної характеристики для напівпровідника n- типу

Методика виконання роботи базується на використанні закону Ома і побудові вольт-амперної характеристики для напівпровідника n- типу.

Повернемось до формули (3). Густина сили струму за означенням:

 

, (4)

 

де І - сила струму через напівпровідниковий кристал, а

 

S = a b (5)

 

площа поперечного перерізу паралелепіпеда товщиною a і шириною b. Підставивши (4) і (5) в (3), одержимо:

 

(6)

 

Виразимо напруженість Е в кристалі через його довжину l і спад напруги на кристалі U у вигляді:

 

(7)

 

Після підстановки (7) в (6) отримаємо:

 

(8)

 

У формулі (8) в разі виконання закону Ома для ділянки провідника в інтегральній формі величина електропровідності цієї ділянки монокристала дається виразом:

, (9)

 

де - зміна сили струму крізь кристал при зміні напруги на . Величина є тангенсом кута α нахилу вольт-амперної характеристики, побудованої в координатах [ I, U ], тобто

 

(10)

 

Підставивши (10) у (8), знайдемо розрахункову формулу для концентрації вільних електронів у напівпровіднику:

 

(11)

 

6. Послідовність виконання роботи:

1. Виміряти розміри (a,b,l) зразка за допомогою штангенциркуля.

 

 

Рис. 3. Схема установки.

 

2. Скласти вимірювальну схему за рис. 3.

3. Змінюючи потенціометром П напругу від 0 до 10 мВ і вимірюючи її мілівольтметром, визначити за допомогою міліамперметра відповідні різним значенням напруги величини струму. Результати вимірювань записувати до таблиці:

U, В
І, А

 

4. Накреслити графік залежності I=f(U) в координатах [I, U] і обчислити тангенс кута нахилу tg α вольт-амперної характеристики.

5. Обчислити за формулою (11) концентрацію вільних електронів, використавши значення рухливості електронів µ =0,43 м² /Вс.

6. Обчислити відносну похибку непрямого вимірювання концентрації вільних електронів за формулою:

 

,

 

та абсолютну похибку ∆n за формулою . У висновках вказати діапазон n ±∆n величин для значення вимірюваної концентрації.

 

Прилади і матеріали.

Досліджуваний зразок – напівпровідниковий монокристал германію, джерело живлення, міліамперметр, мілівольтметр, штангенциркуль.

 

Література.

1 Детлаф А.А. Яворский Б.М. Милковская Л.В. «Курс физики» (в трех томах) Т.2- М.: Высшая школа. 1977.п. 8.1-8.5,9.2,10.2.

2. Калашников С.Г. «Электричество» - М.: Наука. 1977 п. 53, 57, 59, 61.

3. Савельев И.В. «Курс общей физики» Т.2 – М.: Наука. 1978. п. 31,34.

4. Кучерук І.М., Горбачу І.Т. «Загальна фізика. Електрика і магнетизм» - К.: Вища школа, 1990. п.21-24.

5. Панфилов, Спиридонов Н.С. «Полупроводниковые диоды и транзисторы» - Одесса: Узд-во ОЭИС им. А.С. Попова. 1984.