2018-03-08
1118
Кафедра общей и технической физики
Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
Лабораторная работа 3
Исследование зависимости электропроводности
твердых материалов от температуры
Автор: Парфенова И.И.
Санкт-Петербург
2008
Цель работы – измерение зависимости электропроводности германия и меди от температуры, определение ширины запрещенной зоны германия, температурного коэффициента удельного сопротивления меди и длины свободного пробега электронов в меди.
Основные теоретические сведения.
Особенности электропроводности твердых тел.
Носителями заряда в твердых телах являются электроны. В отсутствии внешнего электрического поля электроны участвуют в тепловом хаотическом движении со средней тепловой скоростью <u>, при этом все направления равноправны. При приложении внешнего электрического поля происходит изменение в распределении электронов по скоростям. Электроны, движущиеся по полю, должны замедляться, а движущиеся против поля должны ускоряться. Однако подобное ускорение или замедление частицы сопровождается изменением ее полной энергии, что означает переход частицы на новые квантовые уровни. Такие переходы могут осуществляться лишь в том случае, если в энергетической зоне есть свободные уровни. Переходы в нижележащие состояния невозможны, так как эти состояния заняты, поэтому электроны не могут двигаться по электрическому полю, а против поля могут. Это приводит к тому, что электроны приобретают преимущественное направление скорости против поля.
|
|
|
Направленное движение носителей заряда под действием электрического поля называют дрейфом. Разгоняясь в электрическом поле, электроны переходят на более высокие энергетические уровни. При очередном соударении электрона с атомом кристаллической решетки, электрон отдает кристаллической решетке накопленную на длине свободного пробега энергию, возвращаясь на один из нижележащих уровней. Электроны, расположенные в глубине от уровня Ферми, не могут обмениваться энергией с кристаллической решеткой, ибо для них все ближайшие энергетические состояния заняты.
Если в образце присутствуют носители заряда обоих знаков (электроны и дырки), то по закону Ома плотность дрейфового тока 
равна
,
где e – элементарный заряд, n – концентрация электронов, p – концентрация дырок, μn – подвижность электронов, т.е. величина численно равная средней скорости их направленного движения в электрическом поле с Е=1 В/м, μp – подвижность дырок, σ – удельная электропроводность полупроводника.
Таким образом, удельная электропроводность пропорциональна концентрации носителей заряда и их подвижности. Рассмотрим эти два фактора подробнее.
