Изследване зависимостта на електропроводимостта на полупроводниците Печат

1. Теоретична обосновка

Между метали и полупроводници съществува качествена разлика. В металите свободните електрони образуват изроден газ (броя на части-ците е много по-голям от броя на състоянията и се проявяват специфичните им особености), подчиняват се на статистиката на Ферми-Дирак, концентра-цията на свободните токови носители остава постоянна т.е. не се влияят от външни въздействия (температура, електрично поле, облъченост и др.).

В собствените и примесни полупроводници с малка концентрация на примесите електроните и дупките образуват неизроден газ (зоната на проводимост е слабо запълнена и за всяка частица има много свободни състояния т.е. специфичните свойства на тези частици не се проявяват, подчиняват се на статистиката на Максвел-Болцман, концентрацията на свободните токови носители силнр зависи от външни въздействия (температура, електрично поле, облъченост и др.).

При прилагане на електрично поле в проводимостта участвуват: при полупроводниците всички свободни токови носители; а при металите не участвуват всички свободни електрони а само Тези които имат най-голяма енергия т.е. се намират близо до нивото на Ферми.

Под действие на външно електрично поле токовите носители получават насочено движение. Скоростта на това насочено движение се нарича дрейфова скорост (\/др ), която зависи линейно от интензитета на полето Е (Vдр = E, където коефициента на пропорционалност  се нарича подвижност).

С повишаване интензитета на полето дрейфовата скорост става сравнима по големина с топлинната. В този случай подвижността на токовите носители започва да зависи от интензитета на електричното поле и законът на Ом се нарушава. Такива полета се наричат сил ни. Стойността на интензитета на полето, до която е в сила законът на Ом, се нарича критична - Ekp, . Нарушаването на този закон се наблюдава само при полупроводни­ците. Критичната стойност Еkp зависи от вида на полупроводника (от широчината на забранената зона), от концентрацията на примесите в него, а също и от температурата му. Опитно е установено, че при силни полета подвижността зависи слабо от интензитета на полето докато концентрацията на токовите носители расте силно с увеличаване интензитета на полето.

Под действие на електричното поле свободните токови носители получават такава голяма енергия, че са способни да йонизират неутрален атом при взаимодействието си с него. По този начин концентрацията на свободните токови носители непрекъснато расте. Един от полупроводниковите прибори, действието на който се основава на явленията в силно електрично поле, е варисторът.

Основчите параметры на варистора са:

Статично съпротивление - (стоиността на съпротивлението при една определена стойност на напрежение и ток). 

Динамично съпротивление - (стойността на съпротивлението при малки изменения на тока и напрежението)

Коефициент на линейност /? е отношение на статичного към динамичното съпротивление при дадено напрежение 

Температурен коефициент на тока

. Опитна постановка

На фиг. 41.2 е дадена принципна схема, чрез която може да се получи (да се "снеме") статичната V-A характеристика на варистори при различии

температури. За източник на постоянно напрежение може да се използва токоизправител. Приложеното върху варистора напрежение може да се изменя чрез потенциометьр. Варистотът се поставя в термостат, а температурата се отчита с термодвойка или термометър.

3. Задачи и указания за изпълнението им

Задача 1. Да се снеме волт-амперна характеристика на варистор, в права и обратна посока на тока. (Резултатите да се представят таблично и графично - табл. 41.1).

Задача 2. Да се определят основните параметри на варистора Rcm, Rдин, b -да се използуватформули.

Задача 3. Да   се   изследва   изменението   на   волт-амперната характеристика на варистора при две или три различии температури.

Задача 4. Да се определят съответните температурни коефициенти: да се използуватформули41.4, 41.5, 41.6-фиг. 41.3 6,41.3 в, 41.3 г. 

Задача 5. Да се сравни волт-амперна характеристика на резистор и диод с тази на варистора (като допълнителна задача)

4. Опитни резултати и график 

N

I,A

U,V ( Tcт)

U,V (Т1>Тст)

Rстат

R дин.

B

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

5

10

20

30

50

70

100

150

200

300

400

500

15

20

26

28

32

35

40

44

47

51

55

58

15

20

24

27

32

34

38

42

45

50

53

56

3

2

1,3

0,93

0,64

0,5

0,4

0,29

0,24

0,17

0,14

0,12

1

0,6

0,2

0,2

0,15

0,17

0,08

0,06

0,04

0,04

0,03

-

3

3,33

6,5

4,65

4,3

2,94

5

4,83

6

4,25

4,67

-