Изучение температурной зависимости сопротивления полупроводников и определение энергии активации. - 1 стр.

                                              Работа 5-7



        ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ
        ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ



       Цель работы: определение энергии активации полупроводника по температурной зависимости его
                      сопротивления.



                                       Теоретические сведения


        Полупроводники отличаются от металлов меньшей величиной удельной электрической проводимости
при комнатной температуре (у металлов она при нагревании уменьшается). Электрические свойства
полупроводников существенно зависят от содержания примесей, от воздействия различных излучений.
        Энергией активации проводимости полупроводника называется минимальная энергия, которую нужно
сообщить валентному электрону, чтобы он оторвался от атома и стал подвижным носителем заряда. У
собственных полупроводников она значительно больше, чем у примесных.
        Электропроводимость полупроводников хорошо объясняется зонной теорией твердого тела. В
кристалле электронные энергетические уровни отдельных атомов образуют зоны разрешенных значений
энергий, разделенные запрещенными зонами (рис. 18). Ширина запрещенной зоны численно равна энергии
активации. Эта энергия, необходимая для переноса электрона из зоны валентной в зону проводимости
собственного полупроводника. Для примесного полупроводника n – типа энергия активации равна энергии Ед,
необходимой для перевода электрона с примесного уровня в зону проводимости. Эта энергия ионизации атома
примеси. Аналогично определяется энергия активации полупроводника p – типа.
        Все энергетические уровни в валентной зоне при абсолютном нуле температуры заняты электронами, а
все уровни в зоне проводимости – свободны, ширина запрещенной зоны при абсолютном нуле температуры
является основным параметром, определяющим электрические свойства твердых тел.
С повышением температуры ширина запрещенной зоны уменьшается. У полупроводников ширина
запрещенной зоны мала, не превышает 1,5 – 2 эВ. Поэтому при любой температуре Т>0 существует
определенная вероятность теплового возбуждения электронов, вызывающих их переход из валентной зоны в
зону проводимости (см. рис. 18). Одновременно в валентной зоне освобождаются валентные уровни – дырки. В
собственных полупроводниках концентрация nn электронов в зоне проводимости равна концентрации np дырок
в валентной зоне. Движение электронов и дырок в зонах описывается законами квантовой механики.


                            T=0                      T>0
                                     Зона проводимости                  электроны
             Е                                                                            μ

                              Ед                                                      μ


                                     Валентная         зона


           Рис. 18. Энергетические зоны полупроводника.