устойчивост на метал и енергия полупроводниковата активиране
Цел: Да се изследва зависимостта на съпротивлението на метали и полупроводници от измерване на температурата устойчивост на металния проводник и термистора при различни температури за определяне температурен коефициент на съпротивление (TCR) на металните образеца и енергията активиране на полупроводника.
Оборудване: лабораторна маса; мини-блок "ключ", "TCR" мултицет показалка волтметър, температурен датчик, захранващия модул 1,2 ... 12, свързващия проводник.
Всички материали на електрическите свойства са разделени на три класа: проводници. диелектрици и полупроводници. Чрез проводници включват метали, имащи ниско съпротивление - по-малко от 10 ома -6 х m. Съпротивлението на полупроводници е обикновено в диапазона от 10 5. 14 октомври ома х m. Материали, чиито ве маска на съпротивленията, по-голяма 14 октомври ома × м, считани диелектрици. Полу-никове някои елементи от III-VI елементи DI маса групите Менделеев (B, Ge, Si, As, Te.), Както и голям брой на чи-mical съединения (GaAs, GAP, ZnS, SiC ...). В зависимост от външните условия (температура, налягане) и също вещество могат да проявяват различни електрически свойства. Например, германий при температура на течен азот, 77 К - изолатор, при стайна температура - полупроводник, и в течна форма - проводник.
Теорията дава по-разумен класификация на веществата. Според настоящите твърдите лента теория свободни електрони вътре в твърдото вещество, както и в атома, може да има само някои фиксирана стойност на енергията, т.е. енергията на електрони е квантувани. razreshonnyeurovni енергия чрез комбиниране атома в кристална форма множество близко разположени нива - разрешената зона. разделени от "забранените" области. Всеки допустимата площ съхранява имената на нивата от който се образуват, например, 1s зона. 2s. 2P и така нататък.
Площта на енергийните нива формира най-отдалечена от ядрото на атом на валентните електрони се нарича валентност групата. Това е "горната" в области, населени с електрони при температура Т = 0 К (-273 ° С). Следваща допустима енергийна група се нарича проводимост в полупроводници. При Т = 0 в тази зона не съществуват електрони, е "празен". Групата енергия на валентните електрони за метали, диелектрици и полупроводници и запълването им при температура Т = 0, показано на фиг. 6.1. И клетки на сивата леене отбелязани окупираните нива на енергия. Хоризонталната линия - без разрешени енергийните нива на електроните.
Горна разрешен зона различни вещества могат да се пълнят частично или напълно с електрони, а също така могат да бъдат напълно свободни електрони.
Energy-зона се брои като допълва, ако всички нива на зоната, заети от електрони. Това са полупроводници и диелектрици валентност лента в абсолютна нула температура (вж. Фиг. 6.1). Така, съгласно принципа на Паули изключване, на същото ниво на енергия може да бъде не повече от два електрона с противоположни посоки въртене.
В метал при Т = 0 valentnayazona частично запълнена (вж. Фиг. 6.1). Например, в кристала на натриев алкални метали Nav 11 валентните електрони 3s напълнена само нива половина.
Ширината на разликата между групата проводникова и валентните обхвати на абсолютната нула температура се нарича активиране енергията на DW полупроводниковата (вж. Фиг. 6.1). Енергията на активация е числено равна на работата, която е необходимо да се направи на електрона в своя преход от валентната зона на проводимата зона. Енергията на активиране се измерва в електронволта (EV) и е полупроводников 0.1 ... 2 EV диелектрици по-голяма от 4 ЕГ.
За да материал, когато електрическо поле възниква електрически ток, електроните трябва да започнат да се движат насочено. Появата увеличаване на ток е придружено от енергия на всеки електрон (енергия на топлинна енергия движение се добавя насочено движение). В условията на свободен електрон метали, получени електрическо поле се дължи на допълнителна енергия за свободния път, тя се движи към по-високо ниво на енергия в валентната зона. Освободеният електрон заема ниво намира под "енергийната стълба" и т.н. - електрически ток.
В изолатори и полупроводници, електрона не могат да вземат енергия от областта, тъй като приема, че трябва да се вземат по-високо ниво, което е било забранено или е заето. Следователно, когато абсолютната нула и полупроводници и изолатори са изолатори, т.е. не електрически ток се предава.
Тъй като температурата се увеличава топлинната енергия на електроните отнета-Chiva (средната енергия на термично движение
В съответствие с разпределението на Болцман на концентрацията на свободните електрони СИ (преминал в проводимата зона) е по-малко от n0 на концентрацията на електроните, които остават в валентната зона, тъй като потенциалната енергия на свободните електрони в # 916; W-голяма потенциална енергия на електроните, свързани с атома:
Тук T - абсолютна температура; к = 1,38 х 10 -23 - Болцман постоянна.
В горния плътност полупроводникови контакт на мобилни дупки равна на концентрацията на свободни електрони. Такава полупроводник се нарича електрон-дупка. и неговата проводимост - вътрешен. Вътрешният притежават много чисти елементи на четвърта група на периодичната таблица (германий, силиций).
В присъствието на силиций в германий или малко количество примеси атоми от различен валентността баланс между концентрацията на свободни електрони и дупки са счупени и полупроводници са оформени с първичен тип проводимост. Така, ако онечистване е елемент на пета група на периодичната таблица (Sb - Sb, арсен - As), след това излишък от свободни електрони и полученият полупроводников електронен провеждането (п-тип). Ако присъства като примес атоми на група 3 (индий - В, бор - В), след това се образува и липсата на свободни електрони, получени от полупроводника р-тип (р-тип). Енергията на активиране на примеси полупроводници значително по-малки от ширината на забранената групата на полупроводника чист.
Когато електрона в изолация полупроводникови атом образува свободно пространство - дупката. Ако сега в полупроводника да се създаде електрическо поле, дупката може да се движи по посока на силовите линии, ако това е безплатно място ще клин за избиване областта на електрон. Ето защо, дупката е като положителен заряд, равен по сила на заряда на електрона. Така че инвестицията на енергия # 916; W представлява две безплатно, за да се създаде една втора от носител на изразходваната енергия # 916; W. и концентрацията на носители
Концентрацията на безплатно зареждане зависи проводимост # 963;, обратен съпротивление R:
4. Включете захранващия модул. Разположен на бутона за регулиране на напрежението на захранване 8-9 V. Температурата на пробата започва да се увеличава. Гледайте на термометъра и уред за измерване, смяна на превключване "ключ". Докато пробата се нагрява, пише в таблицата. 6.1 редица стойности с повишаване на температурата на стъпки от 4 ... 5 ° С, от температура 25 ° С Нагряването се продължава до температура от 65-67 ° С Омметър докато запис не е необходимо. защото основната измерването се извършва при охлаждане резистори. Този метод на измерване не се влияе от показанията на захранването на метър, и да се получи по-точни стойности на съпротивление проводник Rp и RPP полупроводници.
5. Изключете захранването - температурата скоро ще започне да се понижава. Тъй като 65 ° C се чете от екрана на глюкомера и записа едновременно (превключване на превключване "Ключ"), стойностите на съпротивление на проводника и полупроводници в таблицата. 6.1 при температури записани в таблица при нагряване.
7. В края, изключете захранващия модул, мултицет и да се покаже на резултатите от измерванията на учителя. Разглобяване на веригата, включете мини-блок и набор от кабели, почистване на работното място.