Ellenállás a karmester és a félvezető
A hőmérséklet függése
ELLENÁLLÁS vezetők és félvezetők
CÉL: meghatározó hőmérséklet együtthatója ellenállás (TCR) a vezető és a félvezető bandgap.
FELSZERELTSÉG: állítható állandó feszültségforrás, mini-blokk „Investigation of hőmérsékletfüggése ellenállása egy vezetéket és félvezető” és a „kulcs”, multiméterek.
Az elektromos tulajdonságait kérdésben három osztályba sorolhatók: vezetékek dielektrikumokon és félvezetők. Tipikus vezetékek vannak fémek. az alacsony ellenállású - kevesebb, mint 10 -6 Ohm · m. Poluprovodnikovr elektromos ellenállás jellemzően 10 -6 -14 ... 10 ohm-m. Anyagok, amelyben az R-érték nagyobb, mint 10 -14 ohm-m, szigetelők. Semiconductors egy sor elem III-VI csoportjába Mengyelejev táblázat elemek (B, Ge, Si, As, Te, stb), és a nagy számú kémiai vegyületek (GaAs, GAP, ZnS, SiC, stb). . Attól függően, hogy a külső körülmények (hőmérséklet, nyomás) az azonos anyagot különböző osztályaiba tartoznak,. Például, a germánium hőmérsékleten folyékony nitrogén, 77 K - szigetelő, szobahőmérsékleten - félvezető és folyékony Ge - vezeték.
Az elmélet ad ésszerű anyagok besorolását. Szerint a kvantumelmélet az elektronok az atom csak bizonyos energia értékeket, amelyek úgynevezett energiaszintet. Ezek a szintek, amikor kombináljuk a egyes atomok a kristály formában hagyjuk energia zónák. A rés elválasztó ilyen zóna, úgynevezett bandgap (ábra. 1). Energia sáv akkor tekinthető befejezettnek, ha minden szinten a terület által elfoglalt elektronokat. Ily módon a Pauli-elv ugyanaz az energia szintet lehet elhelyezni, nem több, mint két elektron egymással ellentétes forgás irányban. A zóna mentesnek tekinthető, ha nem alkalmazunk minden szinten ennek a zónának.
Ábra. 1. Az energia sávokat.
Az elnevezések az energia sávok:
B3 - vegyértéke; C3 - mentes;
# 8710; W - tilos. keltetés otme-
Chen teli része területen (
T = 0 K).
Ha az atomok, a vegyérték elektronok felelős elektromos tulajdonságait az anyag alkotnak egy teljesen kitöltött (vegyérték) sávban úgy, hogy egy későbbi engedélyezett sávban (vezetési sávban) mentes, az elektromos vezetőképesség egy ilyen anyag nullával egyenlő, és ez egy szigetelő. Sőt, amikor a villamos áram folyik egy anyag fordul elő elektron mozgását hatására a külső elektromos tér, ami azt jelenti, növekedése az elektron energia; Az átmenet magasabb energiaszintre üresen. Ezek a szintek hiányoznak esetén megtöltött vegyértéksáv, és így lényegében az elektrondonor sávszerkezet nem gyorsítható egy külső elektromos mező.
Átvinni az elektronok vegyértékelektronját a vezetési sávba, akkor tájékoztatnia kell az energia nem kevesebb, mint a bandgap # 8710; W.
Néhány elektronok megszerzésére energiát alatt fénybesugárzás vagy hőhatás következtében mozgást az atomok. Ezért, normál hőmérsékleten (T ≈ 300 K) a vezetési sávban van egy bizonyos számú elektronok. Attól függően, hogy az összefonódás szer lehet egy szigetelő vagy félvezető, a különbség ezen osztályok határozza meg az értékeket a bandgap # 8710; W és a T hőmérséklet a félvezetők szobahőmérsékleten # 8710; W 0,02 - 2 eV és dielektrikumok - több mint 2 eV.
Hőmérsékletfüggése vezetőképességének félvezetők határozza meg koncentráció változtatása hordozók - elektronok halad a vezetési sávban. Ahogy a hőmérséklet növekszik számuk exponenciálisan növekszik, azonban a tiszta R ellenállást félvezetők növekvő hőmérséklettel csökken a T, a törvény szerint
ahol A - értéke kissé függ a hőmérséklettől; k = 1,38 · 10 -23 J / K - Boltzmann állandó.
A vezetékek eltérő sáv szerkezetét. A vegyérték sáv van töltve elektronokkal körülbelül a fele (lásd. Ábra. 1), az elektronok szabadon mozoghat hatása alatt egy külső elektromos mező. A vegyértéksávja a vezetési sávban. A vezeték szabad elektron koncentráció hőmérsékletfüggő - a fő különbség a vezeték és a dielektromos a félvezető. Vezetékellenállás hőmérsékletfüggése sokkal gyengébb, mint a dielektrikumokra. Ez határozza meg az elektron energia disszipáció a kölcsönhatás a kristályrács ionok. Ahogy a hőmérséklet növekszik a rezgés amplitúdója az ionok, amelyek csökkenéséhez vezet a szabad úthossza vezetési elektronok a fém. A villamos ellenállás R vezetékek lineárisan nő
ahol t - a hőmérséklet Celsius-fokban; R0 - vezeték ellenállása 0 ° C-on;
egy - hőmérsékleti együtthatója ellenállás (TCR).
Meghatározására szolgáló eljárások értékének TCS vezető
és a félvezető bandgap
(2) egyenlet a hőmérsékletfüggését ellenállás karmester koordináták R - t képviseli egy egyenes vonal, amelynek meredeksége K1 = R0 a. Nagysága a K1 is meghatározni az értékét TCS vizsgálat vezető:
ahol R0 - R értéke 0 ° C extrapolálásával határoztuk meg lineáris összefüggés a t = 0 ° C-on
Nagysága a lejtőn a kísérleti görbe szerint meghatározva az ütemezés, vagy a legkisebb négyzetek módszerével (lásd. 1. függelék).
Egy félvezető nemlineáris ellenállás a hőmérséklet függvényében, ezért meg kell határozni annak paramétereket funkcionális skálák ln R - 1 / T. Valóban, a logaritmálás az (1) egyenlet, megkapjuk
Ez a függőség ln R 1 / T lineáris, meredekség K2 = # 8710; W / 2k. amely lehetővé teszi, hogy megtalálja a szélessége a tiltott sávban a félvezető a képlet
Így, hogy meghatározzuk a TCR a karmester és a félvezető bandgap # 8710; W elegendő, hogy megkapja a hőmérsékletfüggése kísérletileg ellenállás.
Elektromos szerelési rajz ábrán látható. 2.
1- kiigazítás állandó forrása
-frekvenciájú feszültség (0 ... + 15);
2- melegítő; 3 - hőelem
4, 5 - próbatestek wire-
nick és a félvezető; 6 - egység
„A nyomozás hőmérsékletfüggése
karmester ellenállás dence
és félvezető „; 7 - KAPCSOLÓ
Tel; 8 - egység "Key"; 9 - Digitális
Multiméter ellenállás módban (mód W 2 k bemenetek COM, VW); 10 - a digitális multiméter a hőmérséklet mérési mód (mód ° C, 5 bemenetek)
Az elektromos fűtő 2 össze van kötve egy szabályozott egyenfeszültség-forrásra 1 (0 ... + 15). Amikor a feszültségforrás kezdődik hevítettük a mintákat. Mérésére az ellenállást a minta 4, 5 a módban a folyamatos fűtés őket viszont csatlakozik egy digitális multiméter keresztül a 9 kapcsoló 7. A hőmérsékletét mértük a minták hőelem alkalmazásával 3, egy jelet, amely szállított a mérő 10 (csatlakozás a hőelem).
Az, hogy a teljesítmény
1. Összeállítás elektromos áramkört. Amikor csatlakoztatja a hőkapcsoló a multiméter kell vizsgálni a polaritás a vezetékeket.
2. Forgassa el a gombot a „Hálózat” tápfeszültség generátorok és multiméterek blokk egységben. Nyomja meg a „Kezdeti beállítás”.
3. Állítsa be a szükséges funkciókat multiméter méréseket. Vegye figyelembe, hogy ha ellenállásának mérésére a karmester tartomány kapcsoló megfelelő helyzetben van a 200 ohm, és a félvezető - 2 ohm.
4. Mérjük meg az ellenállást vezető (RPR) és a félvezető (Römpp) alkalmazásával szobahőmérsékleten egy mini-blokk összekötő a „kulcs” váltakozva a multiméter vezeték (A helyzet), és a félvezető (a B pozíció). A mérési eredmények RPR és Römpp és T hőmérséklet (0 ° C) a rekord táblázatban.
- feszültség beállítás gombok „0 ... 15” meg a mutató 7-8 megosztottságot.
- Mivel hevítettük a mintákat mérjük n. 4, az ellenállás minden 5 ° C-tól 70 ° C-on A mérési eredményeket, a táblázatban.
- OFF gomb „Hálózat” tápfeszültség generátorok és multiméterek blokk egységben.
A mérési eredmények feldolgozása
1. A táblázat szerint, építeni egy grafikont a hőmérsékletfüggését ellenálláshuzal a hőmérséklet R-t koordinátákat. hőmérséklet tengelyt kell kezdeni a 0 ° C-on
2. A grafikon meghatározza az ellenállás R0 t = 0 ° C, és a meredekség az egyenes vonal a K1 és a relatív hiba df.
P = 1 - (½) N-1 =
3. A (3) képlet értékének kiszámításához a hőmérsékleti együtthatója ellenállás a vizsgálati vezeték.
4. értékelje annak relatív hiba az alábbi képlet szerint. ahol a hiba értékét R0 dR határozza meg a szóródási pontot képest a húzott vonal vagy egy multiméter eszköz hiba 1%.
b) a félvezető (Römpp)
1. A táblázat szerint építeni két grafikon: az egyik R-t koordinátákat. és a második - a koordinátákat (ln R - 1 / T). A lineáris jellege a második grafikon mutatja a függőség hőmérséklet a félvezető ellenállás valóban exponenciális.
2. Határozza meg a második grafikus vonal meredeksége K2 és relatív hiba df.
3. A képlet szerint (5) kiszámítja a szélessége a tiltott sávban a félvezető # 8710; W.
4. Adja meg a hibahatár # 8710; W. dw = df.