ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
Лабораторная работа № 1
Изучение свойств термистора
Цель работы: изучение температурной зависимости сопротивле-
ния термистора и измерение его основных характеристик.
Приборы и принадлежности: термистор, термометр и нагрева-
тельный элемент (нихромовая спираль) в стакане с машинным маслом в
сборе на лабораторной панели; источник питания постоянного тока;
реостат (потенциометр); вольтметр и миллиамперметр постоянного то-
ка; омметр; соединительные провода.
1. Собственная проводимость полупроводников
Полупроводники по величине электропроводности занимают про-
межуточное положение между металлами и изоляторами. Проводимость
полупроводников растет с повышением температуры (напомним, что у
металлов она уменьшается). Сильная зависимость концентрации носи-
телей заряда в полупроводниках от температуры показывает, что под
действием теплового движения возникают электроны проводимости.
Рассмотрим подробнее процесс образования
электронов проводи-
мости в чистом кремнии (без примесей), который является типичным
полупроводником. Атом кремния имеет порядковый номер 14 в перио-
дической системе Менделеева, поэтому заряд ядра кремния равен +14e,
и в состав его атома входит 14 электронов. Но только четыре электрона
из них являются слабо связанными с атомом. Именно эти слабо связан-
ные (валентные
) электроны участвуют в химических реакциях и обуслов-
ливают валентность кремния, равную четырем. В кристаллической ре-
шетке кремния расположение атомов таково, что каждый атом окружен
четырьмя ближайшими соседями. Упрощенная плоская схема расположе-
ния его атомов показана на рис. 1, где кружки со знаком «+» обозначают
ту часть атома, которая остается после удаления валентных
электронов.
+
+ +
+
+
++
+
Рис. 1
4
Связь каждых двух соседних атомов обусловлена парой электро-
нов, образующих так называемую парноэлектронную (или валентную)
связь (на рис. 1 они изображены линиями). При очень низкой темпера-
туре в целом по всему кристаллу все валентные электроны участвуют в
образовании связей между атомами, при этом они являются структур-
ными элементами и не участвуют
в электропроводности.
При повышении температуры кристалла тепловые колебания ре-
шетки приводят к разрыву некоторых валентных связей. В результате
этого часть электронов, ранее участвовавших в образовании валентных
связей, отщепляется и становится электронами проводимости. При на-
личии электрического поля они перемещаются против поля и образуют
электрический ток.
+
+ +
+
+
++
+
Рис. 2
Покинутое электронами место перестает быть нейтральным, в его
окрестности возникает избыточный положительный заряд +e. Такие
«пустые» места с отсутствующими электронами связи получили назва-
ние «дырок» (рис. 2). Возникновение дырок в кристалле полупроводни-
ка создает дополнительную возможность для переноса заряда. Действи-
тельно, при наличии дырки на ее место может перейти электрон связи
одной
из соседних пар. В результате на этом месте будет восстановлена
нормальная связь, но зато появится дырка в другом месте. В эту новую
дырку в свою очередь сможет перейти один из соседних электронов свя-
зи и т. д., в результате такого многократного процесса в образовании то-
ка будут принимать участие не только
электроны проводимости, но и
электроны связи, которые будут постепенно перемещаться против элек-
трического поля. Сами же дырки будут «двигаться» в направлении поля
так, как двигались бы положительно заряженные частицы. Этот процесс
называется дырочной проводимостью.
Лабораторная работа № 1 Связь каждых двух соседних атомов обусловлена парой электро-
нов, образующих так называемую парноэлектронную (или валентную)
Изучение свойств термистора связь (на рис. 1 они изображены линиями). При очень низкой темпера-
Цель работы: изучение температурной зависимости сопротивле- туре в целом по всему кристаллу все валентные электроны участвуют в
ния термистора и измерение его основных характеристик. образовании связей между атомами, при этом они являются структур-
Приборы и принадлежности: термистор, термометр и нагрева- ными элементами и не участвуют в электропроводности.
тельный элемент (нихромовая спираль) в стакане с машинным маслом в При повышении температуры кристалла тепловые колебания ре-
сборе на лабораторной панели; источник питания постоянного тока; шетки приводят к разрыву некоторых валентных связей. В результате
реостат (потенциометр); вольтметр и миллиамперметр постоянного то- этого часть электронов, ранее участвовавших в образовании валентных
ка; омметр; соединительные провода. связей, отщепляется и становится электронами проводимости. При на-
личии электрического поля они перемещаются против поля и образуют
1. Собственная проводимость полупроводников электрический ток.
Полупроводники по величине электропроводности занимают про-
межуточное положение между металлами и изоляторами. Проводимость + + +
полупроводников растет с повышением температуры (напомним, что у
металлов она уменьшается). Сильная зависимость концентрации носи-
телей заряда в полупроводниках от температуры показывает, что под + +
действием теплового движения возникают электроны проводимости.
Рассмотрим подробнее процесс образования электронов проводи-
мости в чистом кремнии (без примесей), который является типичным + + +
полупроводником. Атом кремния имеет порядковый номер 14 в перио-
дической системе Менделеева, поэтому заряд ядра кремния равен +14e,
и в состав его атома входит 14 электронов. Но только четыре электрона Рис. 2
из них являются слабо связанными с атомом. Именно эти слабо связан-
ные (валентные) электроны участвуют в химических реакциях и обуслов- Покинутое электронами место перестает быть нейтральным, в его
ливают валентность кремния, равную четырем. В кристаллической ре- окрестности возникает избыточный положительный заряд +e. Такие
шетке кремния расположение атомов таково, что каждый атом окружен «пустые» места с отсутствующими электронами связи получили назва-
четырьмя ближайшими соседями. Упрощенная плоская схема расположе- ние «дырок» (рис. 2). Возникновение дырок в кристалле полупроводни-
ния его атомов показана на рис. 1, где кружки со знаком «+» обозначают ка создает дополнительную возможность для переноса заряда. Действи-
ту часть атома, которая остается после удаления валентных электронов. тельно, при наличии дырки на ее место может перейти электрон связи
одной из соседних пар. В результате на этом месте будет восстановлена
+ + + нормальная связь, но зато появится дырка в другом месте. В эту новую
дырку в свою очередь сможет перейти один из соседних электронов свя-
+ + зи и т. д., в результате такого многократного процесса в образовании то-
ка будут принимать участие не только электроны проводимости, но и
электроны связи, которые будут постепенно перемещаться против элек-
+ +
+ трического поля. Сами же дырки будут «двигаться» в направлении поля
так, как двигались бы положительно заряженные частицы. Этот процесс
называется дырочной проводимостью.
Рис. 1
3 4
