Физико-химические основы РЭС - 14 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Лабораторная работа 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШИРИНЫ ЗАПРЕЩЁННОЙ ЗОНЫ
ПОЛУПРОВОДНИКА
Цель работы
: экспериментальное определение ширины запрещённой зоны полупроводника на ос-
новании измерений температурной зависимости электропроводимости.
Приборы и принадлежности
: электрическая печь с масляным термостатом, омметр, милливольт-
метр, термопара, образец полупроводника.
Методические указания
Физические свойства твёрдых тел можно объяснить только с помощью зонной теории, основные
положения которой гласят:
• Электроны движутся в периодическом потенциальном поле кристалла.
• Энергия электрона квантуется. Распределение электронов по уровням диктуется принципом
Паули.
• В периодическом потенциальном поле на электрон действуют силы.
В зонной теории твёрдое тело рассматривается как строго периодическая структура, в которой ионы
создают электрическое поле. Задача состоит в описании поведения электронов в этом поле. Решить
точно уравнение Шредингера для такой системы невозможно. Принимается, что имеется совокупность
большого числа изолированных атомов, у каждого из которых электроны имеют свою систему дискрет-
ных энергетических уровней. Считается, что энергия связи электронов со "своими" атомами значитель-
но больше, чем их кинетическая энергия перемещения в кристаллической решётке. Рассматривается,
что происходит с энергетическими уровнями по мере сближения изолированных атомов и образования
из них кристаллов. Связь электронов со своими атомами так сильна, что лишь валентные электроны при
сближении атомов на расстояния, сравнимые с размерами атомов, переходят от одного атома к другому.
Если мы рассматриваем изолированный электрон (в вакууме), то он может иметь любые значения
энергии (любая точка на оси энергии на рис. 5.1,
а
). Поэтому, если эмитировать в вакуум электроны,
они будут носителями тока.
В отдельном атоме (например, в идеальном газе, где можно пренебречь межатомным взаимодейст-
вием) электрон может иметь лишь дискретные уровни энергии
E
i
(рис. 5.1,
б
), все остальные значения –
запрещены (величина энергетического барьера порядка 1 электрон-вольта). Это объясняется волновыми
свойствами движущегося в атоме электрона и условиями устойчивости (стационарности) его орбиты. Счи-
тается, что эти уровни зависят от главного
n
и орбитального
l
квантовых чисел. Энергетические уровни,
Рис. 5.1. Изменение энергии электронов:
а
– свободный электрон;
б
– электрон в отдельном атоме;
в
– расщепление энергетических уровней при сближении атомов
и образовании кристалла
а
)
б
)
в
)
Е
, эВ
Е
, эВ
Е
5
Е
i
Е
4
Е
3
Е
2
Е
1
Е
0
Е
р
Е
р
Е
запр
Е
запр
Е
р
∗
I II

Страницы